(57)【要約】堆積システムが記載されている。堆積システムは、中性原子および分子を含む堆積フラックスを生成する堆積源を含む。アパーチャを規定するシールドは、堆積フラックスの経路に位置する。シールドは、アパーチャを介して堆積フラックスを通過させ、堆積フラックスが、シールドを通過して他の場所一面に伝播することを実質的に妨害する。基板支持体は、シールドに隣接して位置する。２重スキャンシステムは、第１および第２の動作を用いて、アパーチャに対して、基板支持体をスキャンする。【選択図】図３
2004533538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．中性原子および分子を含む堆積フラックスを生成する堆積源と、
ｂ．該堆積フラックスの経路に位置する、アパーチャを規定するシールドであって、該シールドは、該アパーチャを介して該堆積フラックスを通過させ、該フラックスが、該シールドを通過して、シールドの他の場所一面に伝播することを実質的に妨害する、シールドと、
ｃ．該シールドに隣接して位置する基板支持体と、
ｄ．第１および第２の動作を用いて、該アパーチャに対して、該基板支持体をスキャンする２重スキャンシステムと
を含む、堆積システム。
【請求項２】
前記２重スキャンシステムが、機械的スキャンシステムを含む、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項３】
前記第１の動作のスキャン速度が、前記第２の動作のスキャン速度より実質的に速い、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項４】
前記第１の動作および第２の動作のうちの少なくとも１つのスキャン速度が、堆積の間、時間が経つにつれて変動する、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項５】
前記２重スキャンシステムが、回転スキャンシステムおよび並進スキャンシステムを含む堆積システムであって、前記第１の動作が、回転速度での回転動作を含み、前記第２の動作が、並進速度での並進動作を含む、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項６】
前記回転動作の前記回転速度は、前記並進動作の前記並進速度の少なくとも５倍の速さである、請求項５に記載の堆積システム。
【請求項７】
前記アパーチャが、伝送される前記堆積フラックスを増大させるように成形される、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項８】
前記アパーチャが、オーバースキャン領域を低減するように成形される、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項９】
前記基板支持体の圧力を、前記堆積源の圧力より低くするバフルをさらに含む、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項１０】
前記堆積源の圧力を、前記基板支持体の圧力より高くするように位置する気体マニホルドをさらに含む、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項１１】
前記堆積源がイオンビームスパッタ堆積源を含み、該イオンビームスパッタ堆積源が、イオンビームを生成するイオンビーム源と該イオンビームの経路に位置するターゲットとを含み、該ターゲットが、該イオンビームに対して露出されている場合に、前記堆積フラックスを生成する、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項１２】
前記イオンビームスパッタ堆積源が、マグネトロンスパッタ源を含む、請求項１１に記載の堆積システム。
【請求項１３】
前記堆積源が、蒸着源である、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項１４】
堆積の間、前記薄膜の特性をモニタリングするインサイチュモニタリングシステムをさらに含む、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項１５】
イオンビーム支援堆積用にイオンビームを生成するイオン源をさらに含み、該イオン源は、該イオンビームが前記堆積領域に衝突するように位置する、請求項１に記載の堆積システム。
【請求項１６】
均一な薄膜を堆積する方法であって、
ａ．堆積フラックスを生成する工程と、
ｂ．第１の動作および第２の動作を用いて、該堆積フラックスに対して、基板をスキャンする工程であって、該第１の動作のスキャン速度が、該第２の動作のスキャン速度より速く、そのことにより、該基板上に均一な薄膜を堆積する、工程と
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第１の動作が、回転スキャン速度での回転動作であり、前記第２の動作が、並進スキャン速度での並進動作である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記回転動作の前記回転速度が、前記並進スキャン速度の少なくとも５倍の速さである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
アパーチャを介して前記堆積フラックスを通過させる工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記堆積フラックスがイオンビームスパッタによって生成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
アパーチャを介して前記堆積フラックスを通過させて、該堆積フラックスを増大させる工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の動作および第２の動作のうちの少なくとも１つにおいて、前記堆積フラックスに対して、前記基板をオーバースキャンする工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記薄膜の堆積パラメータをインサイチュでモニタリングする工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
ａ．イオンビームを生成するイオン源と、
ｂ．該イオンビームの経路に位置するターゲットであって、該ターゲットは、該イオンビームに対して露出されている場合に、堆積フラックスを生成する、ターゲットと、
ｃ．該堆積フラックスの経路に位置する、アパーチャを規定するシールドであって、該シールドは、該アパーチャを介して該堆積フラックスを通過させ、該堆積フラックスが、該シールドを通過して、シールドの他の場所一面に伝播することを実質的に妨害する、工程と、
ｄ．該シールドに隣接して位置する、基板支持体と、
ｅ．該基板支持体をスキャンする２重スキャンシステムであって、該２重スキャンシステムは、該基板支持体を回転速度でスキャンする回転スキャンシステムおよび該アパーチャに対して該基板支持体を並進速度でスキャンする並進スキャンシステムを含む、２重スキャンシステムと
を含む、イオンビームスパッタ堆積システム。
【請求項２５】
前記回転速度は、前記並進速度より実質的に速い、請求項２４に記載のイオンビームスパッタ堆積システム。
【請求項２６】
前記第１の動作および第２の動作のうちの少なくとも１つのスキャン速度は、堆積の間、時間が経つにつれて変動する、請求項２４に記載のイオンビームスパッタ堆積システム。
【請求項２７】
前記基板支持体の圧力が前記ターゲットの圧力より低くなるように、入口が前記ターゲットおよび該基板支持体に対して位置する真空ポンプをさらに含む、請求項２４に記載のイオンビームスパッタ堆積システム。
【請求項２８】
前記イオンビームスパッタ堆積源が、マグネトロンスパッタシステムを含む、請求項２４に記載のイオンビームスパッタ堆積システム。
【請求項２９】
前記ターゲットが、少なくとも２つのターゲット面を含み、該ターゲットが、該少なくとも２つのターゲットの間で回転可能である、請求項２４に記載のイオンビームスパッタ堆積システム。
【請求項３０】
前記ターゲットが、少なくとも２つの異なるターゲット材料を含む複合スパッタターゲットを含む、請求項２４に記載のイオンビームスパッタ堆積システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、仮特許出願シリアル番号第６０／２１７，０４９号（２０００年７月１０日出願）の優先権を主張し、その開示の全体は、参考のため、本明細書中に援用される。本出願は、さらに、仮特許出願シリアル番号第６０／２６６，１１４号（２００１年２月２日出願）に関し、その開示の全体は、参考のため、本明細書中に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、薄膜の堆積およびエッチングシステムに関する。特に、本発明は、非常に高度な均一性を有する薄膜を堆積させる方法および装置、あるいは、高度に均一なエッチング速度でのエッチング材料に関する。
【０００３】
（発明の背景）
薄膜を基板に堆積させるために用いられる３つの一般的な技術がある。これらの技術は、蒸着、マグネトロンスパッタ、およびイオンビーム堆積である。図１は、従来技術の電子ビーム蒸着堆積システム１０の模式図を示す。蒸着システム１０は、真空チャンバ１２の中に備えられる。電子銃１４は電子ビームを生成し、この電子ビームは、堆積材料を含む坩堝（ｃｒｕｃｉｂｌｅ）１８を、堆積材料を蒸発させる温度にまで加熱する。電子ビームは、磁石２０によって偏向される。この磁石は、電子ビームが坩堝１８内の所望の位置に当たるようにする。通常の蒸着システムは、複数の坩堝を有する。
【０００４】
いくつかの蒸着システムは、複数の電子銃を備えており、これらは、堆積材料が、２つ以上の源から同時に基板上に堆積されることを可能にする。あるいは、坩堝１８を加熱するために発熱体（図示せず）が用いられる。通常、複数の基板２３を支持する基板支持体２２は、蒸着材料の経路内に配置される。堆積される薄膜の均一性を高めるため、基板支持体２２は、電動機２４によって回転され得る。
【０００５】
マグネトロンスパッタ堆積システムは、ダイオードデバイスおよび磁石を用いてプラズマを発生させる。ターゲットは、周囲ガスの分解を誘発し、プラズマを持続させるために充分な大きさの負の電位にバイアスされる。ターゲット原子は、ターゲットの前、典型的には、２〜１０インチの距離に位置する、堆積されるべき基板上にスパッタされる。電子をトラップするために、磁石が用いられて、ターゲットの後ろに磁界が発生する。このことにより、イオンのボンバード効率が向上する。
【０００６】
図２は、従来技術のイオンビームスパッタ堆積システム５０の模式図を示す。イオンビームスパッタ堆積システム５０は、真空チャンバ５２の中に備えられる。イオン源５４はイオンビーム５６を生成し、このイオンビームは、１つ以上のターゲット５８に方向付けられる。イオンビーム５６は、ターゲット５８に当たり、スパッタフラックス（ｓｐｕｔｔｅｒ  ｆｌｕｘ）６０によりターゲット５８から中性原子をスパッタリングする。通常、複数の基板６４を支持する基板支持体６２は、スパッタフラックス６０の経路内に配置される。スパッタフラックス６０は、基板に衝撃を与え、これにより、スパッタリングされた薄膜を堆積させる。スパッタリングされた薄膜の均一性を高めるために、基板支持体６２は、電動機６６により回転されてもよい。イオンビームスパッタリングは有利である。なぜなら、これは、ボンバードイオン（ｂｏｍｂａｒｄｉｎｇ  ｉｏｎ）のエネルギー密度および電流密度を独立して制御することを可能にするからである。
【０００７】
これらの従来技術によって得られる厚さの均一性は、基板平面でのフラックスの均一性および基板の回転のタイプによって制限される。ホットスポットまたはコールドスポットを引き起こす、ターゲットまたは堆積材料の不完全さは、フラックス均一性に悪影響を及ぼす。典型的には、フラックス均一性は、時間が経つにつれて変化する。フラックス均一性は、大きいターゲットを用いること、および、ターゲットから基板までの距離を長くすることによって、ある程度まで向上し得る。しかし、ターゲットのサイズおよびターゲットから基板までの距離には、実行上の限界がある。均一性の高い薄膜は、実際には、これらの従来技術を用いることによって達成することはできない。
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、均一性が非常に高い薄膜を処理する方法および装置に関する。本発明による堆積システムは、堆積均一性を向上させるビームアパーチャおよび／または２重スキャンシステムを含む。本発明による方法は、堆積源からの堆積フラックスをアパーチャを介して通過させ、第１および第２の動作を用いて、堆積フラックスに対して基板を並進させる。１実施形態において、薄膜均一性は、一方の動作を、他方の動作よりはるかに速くスキャンすることによって向上する。他の実施形態において、薄膜の均一性は、少なくとも１つのタイプの動作で、オーバースキャンすることによって向上し得る。
【０００９】
従って、本発明は、堆積システムを特徴とする。堆積システムは、中性原子および分子を含む堆積フラックスを生成する堆積源を含む。１実施形態において、堆積源は、イオンビームの経路に位置するイオン源およびターゲットを含むイオンビームスパッタ堆積源である。ターゲットは、イオンビームに対して露出される場合、堆積フラックスを生成する。１実施形態において、イオンビームスパッタ堆積源は、マグネトロンスパッタ源を含む。１実施形態において、堆積システムは、イオンビーム支援堆積についての堆積領域に衝突するイオンビームを生成するイオン源も含む。
【００１０】
アパーチャを規定するシールドは、堆積フラックスの経路に位置する。シールドは、アパーチャを介して堆積フラックスを通過させ、堆積フラックスが、シールドを通過して、シールドの他の場所一面に伝播することを実質的に妨害する。１実施形態において、アパーチャは、伝送される堆積フラックスが増大するように形成される。１実施形態において、アパーチャは、オーバースキャン領域が低減するように形成される。基板支持体は、シールドに隣接して位置する。
【００１１】
堆積システムは、２重スキャンシステムをも含む。２重層スキャンとは、第１および第２の動作を用いて、アパーチャに対して基板支持体をスキャンするスキャンシステムのことを指す。第１および第２の動作は、並進動作または回転動作などの任意のタイプの動作であり得る。第１および第２のタイプの動作は、同じタイプの動作であってもよいし、異なるタイプの動作であってもよい。例えば、１実施形態において、２重スキャンシステムは、並進動作および回転動作を用いて、スキャンする。他の実施形態において、２重スキャンシステムは、第１および第２の並進動作を用いてスキャンする。
【００１２】
１実施形態において、一方の動作のスキャン速度は、他方の動作のスキャン速度より実質的に速い。例えば、一方の動作のスキャン速度は、他方のタイプのスキャン速度の少なくとも５倍であり得る。１実施形態において、少なくとも１つのスキャン速度は、堆積の間、時間が経つにつれて変動する。
【００１３】
２重スキャンシステムは、２つの動作を用いることによって、アパーチャに対して基板支持体をスキャンする任意のタイプのスキャンシステムであり得る。１実施形態において、２重スキャンシステムは、回転スキャンシステムおよび並進スキャンシステムを含む。回転スキャンシステムは、ある回転速度を有する回転動作を行う。並進スキャンシステムは、ある並進速度を有する並進動作を行う。１実施形態において、回転動作は、並進動作の並進速度の少なくとも５倍の速さである。
【００１４】
堆積システムは、堆積源の圧力が、堆積源の圧力を基板支持体の圧力よりも高くするバフルを含み得る。堆積システムは、堆積源の圧力を基板支持体の圧力よりも高くするように位置する気体マニホルドを含み得る。また、堆積システムは、堆積の間、薄膜の性質をモニタリングするインサイチュモニタリングシステムを含み得る。
【００１５】
また、本発明は、均一な薄膜を堆積する方法を特徴とする。この方法は、堆積フラックスを生成する工程を含む。１実施形態において、堆積フラックスは、イオンビームスパッタによって生成される。他の実施形態において、堆積フラックスは、蒸着によって生成される。基板は、第１および第２の動作を用いることによって、堆積フラックスに対して、スキャンされる。このことにより、均一な薄膜が基板上に堆積される。
【００１６】
第１の動作のスキャン速度は、第２の動作のスキャン速度より、実質的に速い。１実施形態において、第１の動作は、ある回転速度を有する回転動作であり、第２の動作は、並進速度の並進動作である。例えば、ある回転速度を有する回転動作は、並進次元での並進スキャン速度の５倍の速さである。
【００１７】
１実施形態において、方法は、アパーチャを介して堆積フラックスを通過させ、そのことにより堆積フラックスを増大させる工程を含む。この方法は、第１の動作および第２の動作のうちの少なくとも１つを用いることによって、堆積フラックスに対して、基板をオーバースキャンする工程を含む。また、この方法は、インサイチュで薄膜の堆積パラメータをモニタリングする工程を含む。
【００１８】
また、本発明は、イオンビームを生成するイオン源を含むイオンビームスパッタ堆積システムを特徴とする。ターゲットは、イオンビームの経路に位置する。１実施形態において、ターゲットは、少なくとも２つの異なるターゲット材料を有する複合ターゲットである。１実施形態において、ターゲットは、少なくとも２つのターゲット面を有し、回転可能である。イオンビームがターゲットと衝突する場合、中性原子および／または分子が、ターゲットから、堆積フラックスによってスパッタされる。
【００１９】
アパーチャを規定するシールドは、堆積フラックスの経路に位置する。シールドは、アパーチャを介して堆積フラックスを通過させ、堆積フラックスが、シールドを経過して、シールドの他の場所一面に伝播することを実質的に妨害する。１実施形態において、アパーチャは、伝送される堆積フラックスが増大するように形成される。１実施形態において、アパーチャは、オーバースキャン領域が低減するように形成される。基板支持体は、シールドに隣接して位置する。
【００２０】
また、イオンビームスパッタ堆積システムは、アパーチャに対して基板支持体をスキャンする、回転および並進スキャンシステムを含む。回転スキャンシステムは、ある回転速度を有する回転動作を生成する。並進スキャンシステムは、ある並進速度を有する並進動作を生成する。１実施形態において、回転速度は、並進速度より実質的に速い。例えば、回転速度は、並進速度の少なくとも５倍の速さであり得る。回転速度および／または並進速度は、堆積の間、時間が経つにつれて変動し得る。
【００２１】
イオンビームスパッタ堆積システムは、差動ポンピングを含み得る。イオンビームスパッタ堆積システムは、基板支持体の圧力がターゲットの圧力より低くなるように、ターゲットおよび基板支持体に対して位置する入口を有する真空ポンプを含み得る。堆積システムは、基板支持体の圧力をターゲットの圧力より低くするバフルを含み得る。
【００２２】
本発明は、添付の請求項における特徴を用いて説明される。本発明の上述のおよびさらなる利点は、添付の図面と関連して、以下の説明を参照してより良く理解され得る。図面において、同じ数字は、種々の図における同じ構成要素および機能を示す。図面は、必ずしも縮尺どおりではなく、その代わり、本発明の原理を図示する際に強調される。
【００２３】
（詳細な説明）
高度に均一な光学薄膜コーティングを必要とする複数のデバイスがある。例えば、光ファイバ通信システム等の特定の適用例において用いられる光学フィルタは、各層が正確な厚さを有する、高度に均一な薄膜の複数の層を必要とし得る。光ファイバ通信システムは、現在、広く用いられている。最近、インターネット、高速データリンク、ビデオサービスおよび無線サービス等の新しい通信サービスが、帯域幅の必要性を劇的に増加させる結果になった。データトラフィックは、現在、１年に８０％の割合で増加し、音声トラフィックは、現在、１年に１０％の割合で増加している。
【００２４】
光ファイバ通信システムにおいて帯域幅を増加させる１つの方法は、光ファイバ内を伝播する光の波長の数を増加させることである。波長分割多重（ＷＤＭ）は、光学技術（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）であり、複数の波長を同じ光ファイバで伝播し、従って、ファイバ毎に総帯域幅（ａｇｇｒｅｇａｔｅ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）を効果的に増加させ、各波長のビットレートの合計にする。毎秒１テラビットよりも大きい帯域幅は、ＷＤＭベースの通信システムにおいて明示されている。
【００２５】
高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）は、多数の波長を用いてＷＤＭ技術をインプリメントする技術である。ＤＷＤＭは、通常、単一の光ファイバで４０波長より多くを伝播するＷＤＭ技術を説明するために用いられる。波長の数が増加すると、チャンネル幅およびチャンネル間隔（ｓｐａｃｉｎｇ）は減少する。ＤＷＤＭ通信システムにおいて、必要とされるチャンネル幅およびチャンネル間隔を達成するために、高品質、高性能の光学フィルタが必要とされる。これらの光学フィルタは、１．３μｍ〜１．５５μｍの波長スペクトルにわたって、低損失および狭帯域伝送特性を示す必要がある。また、フィルタは、良好な機械的特性を有し、
様々な動作環境において安定する必要がある。
【００２６】
例えば、ＤＷＤＭ通信システムは、複数の帯域フィルタ（ｂａｎｄ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を必要とし、この帯域フィルタは、システムにおいて伝播する他の波長（チャンネル）から単一の波長（チャンネル）を分離し得る。ＤＷＤＭ通信システムにおいて帯域フィルタとして用いられる光学フィルタの１タイプは、ファブリーペロ干渉フィルタである。ファブリーペロフィルタは、λ／２層により分離された２つの高反射率多層フィルムを備える。動作において、λ／２空間層（ｓｐａｃｅ  ｌａｙｅｒ）における複数の干渉は、フィルタ出力スペクトル特性を複数のλ／２空間層である波長の狭帯域にわたって、急激に最大限に到達させる。
【００２７】
ＤＷＤＭ通信システムにおいて用いられる別のタイプの光学フィルタは、誘電体薄膜干渉フィルタである。これらのフィルタは、高屈折率および低屈折率の代替層を含む。各層は、λ／４の厚さである。動作中に、高屈折率の層から反射された光は、位相のずれを被らないが、低屈折率の層から反射された光は、位相が１８０度ずれる。連続する反射により、正面にて構造的に再組合わされ（ｒｅｃｏｍｂｉｎｅ）、狭い波長範囲を有する高度に反射されるビームを生成する。この狭い範囲外に波長を有する光は、ごく低い強度のレベルにて反射される。
【００２８】
誘電体薄膜干渉フィルタは、高屈折率の材料の層および低屈折率の材料の層がガラス基板上に交互に堆積されることにより製作され得る。例えば、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とが交互の層が用いられ得る。フィルタにわたる屈折率および均一性は、所望のフィルタ特性を達成するために、非常に高い精度で制御されなければならない。
【００２９】
本発明の１実施形態は、堆積フラックスに穴を開け、その後、基板を、第１および第２の動作を用いて、穴が開けられた堆積フラックスの経路に移動させることによって、精密な薄膜均一性を達成する。図３は、本発明による、ビームアパーチャ１０３を規定するイオンシールド１０２および機械的２重スキャンシステム１０４を含むイオンビームスパッタ堆積システム１００の模式図である。また、システム１００は、真空チャンバ１０６を含む。１実施形態において、真空チャンバ１０６は、１０−７ｔｏｒｒ未満の範囲内で高真空を得ることができる。
【００３０】
また、システム１００は、イオンビーム１１０を生成するイオン源１０８を含む。１実施形態において、システム１００は、それぞれ、イオンビームを生成する２つ以上のイオン源を含む。アルゴンまたは酸素のような気体、あるいは、気体の混合物が、イオン源１０８に導入される。イオン源１０８において、プラズマが発生する。イオンが、２つ以上のマルチアパーチャ電極１１２を介して、プラズマから抽出される。その後、イオンが加速される。１実施形態において、イオンは、５００ｅＶ〜２０００ｅＶの範囲のエネルギーまで加速される。
【００３１】
１つ以上のターゲット１１４が、加速したイオンビーム１１０の経路に位置する。ターゲット１１４は、金属または誘電性材料を含み得る。ターゲット１１４は、単一のターゲット材料から形成されてもよいし、２つ以上の材料を含む複合ターゲット材料から形成されてもよい。一部の適用例において、誘電体薄膜は、金属ターゲットを用いること、ならびに、酸素または窒素のような第２の気体をイオン源１０８に注入することによって形成される。他の適用例においては、誘電体薄膜は、第２の気体を真空チャンバ１０６に直接注入することによって形成される。
【００３２】
本発明の堆積システム１００においては、任意の構成が用いられてもよく、従来技術において公知であり、市販されているターゲット構成は、数多い。１実施形態において、システム１００は、図３に示すように、少なくとも２つのターゲット面を有する回転可能ターゲットを含む。イオンビーム１１０は、ターゲットに衝突し、堆積フラックス１１５を用いて、ターゲット１１４から中性原子をスパッタする。
【００３３】
アパーチャ１０３を規定するシールド１０２は、堆積フラックス１１５の経路に位置する。シールド１０２は、堆積フラックス１１５を、アパーチャ１０３を介して通過させ、堆積フラックス１１５がシールド１０２を通過して、シールドの他の場所一面に伝播することを実質的に妨害する。アパーチャ１０３は、基板に達する堆積フラックス１１５を空間的に規定する。
【００３４】
基板支持体１１６は、堆積フラックス１１５の経路において、アパーチャ１０３の近傍に位置する。１実施形態において、基板支持体１１６は、図３に示すように、円板である。基板支持体１１６は、典型的には、複数の基板１１８を保持するが、いくつかのシステム、およびいくつかの適用例においては、１つの基板しか保持しないこともある。基板支持体１１６は、２つのスキャン速度で、２つの動作を用いてスキャンする、機械的２重スキャンシステム１０４に取り付けられる。１実施形態において、２つのスキャン動作のスキャン速度は、異なり、独立して制御可能である。スキャン速度は、スキャン動作のタイプに依存して、回転速度であってもよいし、並進速度であってもよい。
【００３５】
１実施形態において、機械的２重スキャンシステム１０４は、回転スキャンシステム１２０および並進スキャンシステム１２２を含む。回転スキャンシステム１２０は、基板支持体１１６に回転するように取り付けられ、真空供給スルー１２６を通るように位置するシャフト１２４を含む。シャフト１２４は、電動機１２８によって回転速度で回転する。１実施形態において、電動機１２８は、シャフト１２４を、１０００ＲＰＭより速い回転速度で回転させる。１実施形態において、電動機１２８は、真空ベロー１３２でベロー真空チャンバ１０６に取り付けられた電動機密閉箱１３０の内部に配置され得る。これは、電動機１２８が真空チャンバ１０６の表面に沿って並進することを可能にする。密閉箱１３０の内部は、大気圧に維持され得る。
【００３６】
並進スキャンシステム１２２は、直線駆動機構１３４を含む。この直線駆動機構１３４は、基板支持体１１６を並進速度にて直線方向に並進運動させる。直線駆動機構１３４は、基板支持体１１６に取り付けられ、真空チャンバ１０６にも取り付けられ得る。直線駆動機構１３４が移動するにつれ、基板支持体１１６は、駆動機構１３４に沿って並進運動する。このことにより、基板支持体は、並進速度で、アパーチャ１０３に対して、並進運動する。
【００３７】
１実施形態において、１つのスキャン動作のスキャン速度は、他のスキャン動作のスキャン速度よりもはるかに速い。他のスキャン速度と比べてはるかに速い１つのスキャン速度を用いることは、厚さの均一性におけるリップルを低減する。はるかに速いとは、１つのスキャン速度が他のスキャン速度よりも約５倍速いことを意味する。例えば、回転速度は、直線並進速度よりもはるかに速くなり得る。
【００３８】
１実施形態において、少なくとも１つの動作のスキャン速度は、堆積中に変化する。スキャン速度の変動は、均一性を向上させ得る。例えば、回転スキャンシステム１２０を含む機械的２重スキャンシステム１０４においては、典型的には、半径方向の均一性の効果がある。これは、堆積フラックス１１５が、アパーチャ１０３の中央から半径方向の位置の関数であるからである。半径方向の均一性の効果は、直線並進速度を変動させることによって、少なくとも部分的に補償され得る。例えば、１実施形態において、半径方向の均一性を向上させるために、定数１／Ｒの補正が直線並進信速度に適用され得る。
【００３９】
本発明の機械的重スキャンシステム１０４の他の実施形態は数多くある。少なくとも２つのスキャン動作を用いる、基板支持体１１６のスキャン、アパーチャ１０３のスキャンおよび／またはターゲットのスキャンを任意の組合せは、本明細書に記載のように、均一性を向上させる。例えば、１実施形態において、基板支持体１１６は固定され、アパーチャ１０３および／またはターゲット１１４は２つの動作を用いてスキャンされる。別の実施形態において、基板支持体１１６は、１方のスキャン動作を用いてスキャンされ、アパーチャ１０３および／またはターゲット１１４は、他方のスキャン動作を用いてスキャンされる。
【００４０】
１実施形態において、イオンビームスパッタ堆積システム１００は、イオンビーム支援堆積に用いられる第２のイオンビーム１３８を発生する第２のイオン源１３６を含む。第２のイオンビーム１３８が用いられて、薄膜の基板１１８に対する密着度を向上し得る。また、第２のイオンビーム１３８が用いられて、堆積中、薄膜の特性も変化し得る。
【００４１】
第２のイオン源１３６は、第２のイオンビーム１３８が、基板の堆積フラックス１１５に対して露出された領域に衝突するように位置する。図３の実施形態において、基板支持体１１６は、回転円板を含む。回転円板の一端は、堆積フラックス１１５を通過させるアパーチャ１０３に隣接するように位置する。回転円板の他方の端は、第２のイオンビーム１３８の経路に位置する。アパーチャ１０３までの反射方向における距離は、第２のイオンビーム１３８の経路までの反射方向における距離とほぼ同じである。
【００４２】
１実施形態において、イオンビームスパッタ堆積システム１００は、堆積フラックス１１５をモニタリングするイオン検出器１４０を備える。イオン検出器１４０は、薄膜の厚さおよび／または堆積速度を測定する水晶発振器であり得る。１実施形態において、シールド１０２は、堆積フラックス１１５の一部を通過させる第２のアパーチャ（図示せず）を含む。イオン検出器１４０は、第２のアパーチャの背後に位置し、堆積フラックス１１５を検出および測定する。
【００４３】
堆積フラックス１１５の測定値が用いられて、より均一なイオンビームを生成する工程を包含する種々の用途のためにイオン源１０８のパラメータが変更され得る。さらに、堆積フラックス１１５の測定値が用いられて、回転スキャンシステム１２０の回転速度および／または並進スキャンシステム１２２の並進速度も制御され得る。
【００４４】
また、本発明は、堆積の均一性を向上させる、ビームアパーチャおよび／または２重スキャンシステムを含むマグネトロンスパッタ堆積システムを特徴とする。マグネトロンスパッタシステムは、図３のイオンビームスパッタ堆積システム１００に類似する。しかし、マグネトロンスパッタ源が、堆積フラックス１１５を生成する。
【００４５】
さらに、本発明は、堆積の均一性を向上させる、ビームアパーチャおよび／または２重スキャンシステムを含む蒸着システムを特徴とする。蒸着システムは、図３のイオンビームスパッタ堆積システム１００に類似する。しかし、蒸着源、例えば、電子ビーム蒸着源が、堆積フラックス１１５を生成する。
【００４６】
１実施形態において、イオンビームスパッタ堆積システム１００は、差動ポンピングを含む。システムは、堆積フラックス１１５を生成する、ターゲット１１４およびイオン源１０８を囲む領域が、ある気圧になるまでポンピングされ、基板１１８を囲む領域が、異なる気圧になるまでポンピングされる。１実施形態において、基板１１８を囲む領域は、ターゲット１１４およびイオン源１０８を囲む領域より低い圧力までポンピングされる。本発明による差動ポンピングされたイオンビームスパッタシステムは、従来技術によるシステムと比較して数多くの利点を有する。例えば、このようなシステムによって堆積されたスパッタフィルムは、より低い圧力で堆積されるので、通常、純度がより高い。
【００４７】
図４は、図３のイオンビームスパッタ堆積システム１００を用いて、基板をオーバースキャンする方法を示す。本発明のオーバースキャン方法は、スキャンの範囲を拡大して、エッジ効果を取り除くことによって、堆積された薄膜の均一性を向上させる。１実施形態において、所望の堆積領域２００（すなわち、均一の薄膜が所望される領域）は、円または環の形状である。オーバースキャン領域２０２は、円のエッジに対応する。オーバースキャン領域２０２は、直線駆動機構１３４（図３）が方向を変更する場所に対応する領域である。
【００４８】
オーバースキャンの方法は、直線駆動機構１３４を、直線方向に、所望の堆積領域２００を大幅に通過するように並進させる工程を包含し、従って所望の堆積領域２００は、等しい量のスパッタフラックス１１５に対して露出される。１実施形態において、複数の基板は、所望の堆積領域２００に位置する。別の実施形態において、１つの大きい基板が基板支持体１１６上に配置され、堆積の後、基板から所望の堆積領域が切り裂かれるか、または切断される。
【００４９】
図５は、図３のイオンビームスパッタ堆積システム１００内の堆積フラックスを増大させる本発明の円形アパーチャ２３０および形成されたアパーチャ２３２を示す。円形アパーチャ２３０および形成されたアパーチャ２３２は、基板２３４上に重ねられる。本発明のアパーチャ１０３（図３）には、堆積フラックスを増大させる数多くの形がある。例えば、アパーチャ１０３は、円形、楕円、矩形、環状、または、他の堆積フラックスを増大させるために選択された形であり得る。
【００５０】
１実施形態において、アパーチャの形は、伝送された堆積フラックス１１５を増大させ、同時に、オーバースキャン領域２０２を低減するように選択される。例えば、伝送された堆積フラックス１１５を増大し、同時に、オーバースキャン領域２０２を低減する形の１つとして、所望の堆積領域を密閉する円に接する寸法より大幅に小さい半径方向の寸法を有する形がある。１実施形態において、シールドは、２つのアパーチャを含み、２つのアパーチャのうちの１つが、堆積フラックスをモニタリングするか、または、イオンビーム支援堆積に用いられる第２のイオンビームが通過するように用いられる。
【００５１】
図６は、形成されたターゲット２５２を用いて、向上したビーム強度を提供する、本発明のイオンビームスパッタ堆積システム２５０の模式図である。ターゲットは、コサインシータ分布によって、拡大する中性ビーム（ｎｅｕｔｒａｌｓ）を放出する。結果として、アパーチャ１０３を介して伝送される堆積フラックスは、典型的には、ターゲットから放出される堆積フラックス１１５のほんの一部分である。１実施形態において、イオンビームスパッタ堆積システム１００は、アパーチャ１０３を通る堆積フラックスを増大させるため、中性ビームの焦点を合わせる形成されたターゲット２５２を用いる。形成されたターゲット２５２は、アパーチャ１０３を通る堆積フラックスを増大させる任意の形であり得る。１実施形態において、ターゲットは、凹状、放物状、または半球状に形成される。
【００５２】
１実施形態において、本発明のイオンビームスパッタ堆積システムは、インサイチュ薄膜モニタを有する。インサイチュモニタリングは、薄膜が堆積されている間、薄膜の厚さ、および／または他の特性をモニタリングする技術である。インサイチュモニタリングからの情報は、堆積されている薄膜の種々のパラメータおよび堆積システムの性能測定基準を、ユーザ、またはシステムを制御するプロセッサに通知し得る。例えば、インサイチュモニタリングは、層が所望の厚さまで堆積され、所望の物理特性を有するので、堆積プロセスを終了してもよいことを、ユーザまたはプロセッサに通知し得る。
【００５３】
１実施形態において、インサイチュ薄膜モニタは、単一の波長光ビームを生成する、チューナブルレーザ等の光源を有するインサイチュ薄膜モニタを含む。レーザの波長は、堆積材料がレーザ光の一部を吸収するように、選択される。レーザは、所望の堆積領域に向けられ、堆積領域および基板を通じて伝播する。１実施形態において、レーザは、光ビームがイオンビームとともに伝播するように位置する。
【００５４】
検出器は、基板の裏側の近傍に位置し、堆積領域および基板を通って伝送される光の強度をモニタリングする。膜の厚さが厚くなると、光ビームのより大きい部分が薄膜の中に吸収され、伝送された、従って検出された光ビームの強度は低くなる。厚さおよび堆積速度は、検出された光ビームの強度の測定値から決定され得る。この情報は堆積プロセスを制御するために用いられ得る。
【００５５】
（等化物）
本発明は、特に、特定の好適な実施形態を参照して示され、かつ説明されたが、添付の請求項により定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形式および詳細の種々の変更が行なわれ得ることが当業者によって理解される。例えば、均一性の非常に高い薄膜を処理する方法および装置は、数多くのタイプの堆積およびエッチングシステムに適用され得、イオンビームおよびマグネトロンスパッタシステムに限定されない。また、本発明のイオンビームスパッタ堆積システムは、堆積フラックスを増大させる任意のアパーチャを含み得る。さらに、基板支持体、アパーチャ、ならびにイオンビームもしくはターゲットのうちの少なくとも１つをスキャンする２重スキャンシステムの実施形態は数多い。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、従来技術の電子ビーム蒸着堆積システム（ｅｒｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｔａｔｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）の模式図を示す。
【図２】
図２は、従来技術のイオンビームスパッタ堆積システムの模式図を示す。
【図３】
図３は、本発明による、ビームアパーチャおよび機械的２重スキャンシステムを含むイオンビームスパッタ堆積システムの模式図を示す。
【図４】
図４は、図３のイオンビームスパッタ堆積を用いて、堆積の間、基板をオーバースキャンする方法を示す図である。
【図５】
図５は、図３のイオンビームスパッタ堆積システムにおける、堆積フラックスを増大させる、本発明の円形アパーチャおよび形成されたアパーチャを示す図である。
【図６】
図６は、形成されたターゲットを用いて、向上したビーム強度を提供する、本発明のイオンビームスパッタ堆積システムの模式図である。
【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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