JP2001140067A - Method for depositing optical thin film and film deposition system - Google Patents

Method for depositing optical thin film and film deposition system

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JP2001140067A
JP2001140067A JP32627099A JP32627099A JP2001140067A JP 2001140067 A JP2001140067 A JP 2001140067A JP 32627099 A JP32627099 A JP 32627099A JP 32627099 A JP32627099 A JP 32627099A JP 2001140067 A JP2001140067 A JP 2001140067A
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optical thin
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an optical thin film of metallic fluoride of low absorption in a wide range from a visible radiation region to an ultraviolet region. SOLUTION: The space between a metallic target T and a substrate W in a reaction chamber 10 is separated into a plasma space S1 and a reaction space S2 by a cored partition board 15, then, the plasma space S1 is fed with sputtering gas, and the reaction space S2 is fed with gaseous fluorine as reaction gas, respectively. By exhausting the reaction space S2 by an exhausting means 12, the plasma space S1 is indirectly exhausted. For preventing the intrusion of the reaction gas into the reaction space S2, the side direction of the plasma space S1 is covered with a side face partition board 16, and moreover, for making a trace amount of reaction gas nevertheless intruding into the plasma space S1 inert, gaseous hydrogen is added to the sputtering gas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置の
レンズ等の光学部品を基板とする反射防止膜や増反射膜
(ミラー)等に用いられる光学薄膜の成膜方法および成
膜装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming an optical thin film used for an anti-reflection film or an anti-reflection film (mirror) using an optical component such as a lens of a semiconductor exposure apparatus as a substrate. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、AlF3 、MgF2 、NdF3
LaF6 等に代表される金属フッ化物の光学薄膜は、可
視光領域における光学部品の反射防止膜や増反射膜とし
て広く用いられており、一般的にその成膜方法は、前記
フッ化物材料の粉体あるいはその焼結体を蒸発源とした
抵抗加熱または電子ビームによる蒸着法、あるいは、ス
パッタリング法等が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, AlF 3 , MgF 2 , NdF 3 ,
Optical thin films of metal fluorides typified by LaF 6 and the like are widely used as antireflection films and enhanced reflection films of optical components in the visible light region. An evaporation method using resistance heating or an electron beam using a powder or a sintered body thereof as an evaporation source, a sputtering method, and the like are known.

【0003】ところが、蒸着法では、膜質、膜厚の制御
性が悪く、レンズ硝材等を300℃程度まで加熱しなけ
ればならないが、大口径なレンズ基板に対しての均一加
熱は困難であるため、緻密で、均質な膜を制御性よく形
成することを必要とするエキシマレーザステッパのレン
ズ等への適用は難しい。
However, in the vapor deposition method, the controllability of the film quality and the film thickness is poor, and the lens glass material must be heated to about 300 ° C. However, it is difficult to uniformly heat a large-diameter lens substrate. It is difficult to apply an excimer laser stepper to a lens or the like, which requires a dense and uniform film to be formed with good controllability.

【0004】そこで、蒸着法に比べて、低温で、しかも
密着性、緻密性に優れ、膜厚の制御性がよく、自動化も
容易なスパッタリング法の検討・実用化が進められてお
り、例えば、特開平7−198903号公報には、Al
3 等の低屈折率フッ化物材料に金属を添加したターゲ
ットを反応性DCスパッタリングすることによって、低
屈折率で、可視光領域で吸収の少ない光学薄膜を得る技
術が開示されている。
[0004] Therefore, a sputtering method which is lower in temperature, has better adhesion and denseness, has better controllability of film thickness, and is easier to automate than a vapor deposition method has been studied and put into practical use. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-198903 describes that Al
There is disclosed a technique of obtaining an optical thin film having a low refractive index and low absorption in a visible light region by reactive DC sputtering of a target obtained by adding a metal to a low refractive index fluoride material such as F 3 .

【0005】上記の技術は、フッ化物材料のターゲット
をスパッタリングする際にフッ素が解離してしまい、こ
のために成膜中の膜のフッ素欠乏等に起因する吸収が増
大することに着目して開発されており、AlF3 に金属
アルミニウム、金属マグネシウム等を添加したターゲッ
トを用いることと、CF4 等のフッ素系ガスを反応ガス
として用いてスパッタリングすることによって、フッ素
の解離を抑制するとともに、解離したフッ素をターゲッ
トの金属成分が取り込んでフッ化物を構成することによ
って、成膜される膜中のフッ素が化学量論比よりも少な
くなることを防止し、その結果として、可視光領域にお
いて吸収の少ない低屈折率フッ化物の光学薄膜が得られ
るというものである。
The above technique has been developed by focusing on the fact that fluorine is dissociated when sputtering a target made of a fluoride material, thereby increasing absorption due to fluorine deficiency in a film being formed. By using a target obtained by adding metal aluminum, metal magnesium and the like to AlF 3 and sputtering using a fluorine-based gas such as CF 4 as a reaction gas, the dissociation of fluorine was suppressed and the dissociation was achieved. By incorporating fluoride into the metal component of the target to form fluoride, fluorine in the film to be formed is prevented from becoming smaller than the stoichiometric ratio, and as a result, absorption in the visible light region is reduced. An optical thin film of a low refractive index fluoride can be obtained.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エキシ
マレーザステッパ等の半導体露光装置に用いられるレン
ズの反射防止膜や増反射膜としては、可視光領域から3
00nm以下の紫外領域まで、広範囲の波長領域におい
て低吸収で、かつ低屈折率または高屈折率であるより高
品質な光学薄膜が要求されており、さらには、耐環境性
や機械的強度等においても充分な信頼性を有する必要が
ある。
However, as an antireflection film or a reflection-enhancing film of a lens used in a semiconductor exposure apparatus such as an excimer laser stepper, a film having a thickness of 3 nm from the visible light region is required.
Up to the ultraviolet region of 00 nm or less, a higher-quality optical thin film that has low absorption in a wide range of wavelengths and a low or high refractive index is required, and furthermore, in environmental resistance, mechanical strength, and the like. Must also have sufficient reliability.

【0007】ところが、上記従来の反応性DCスパッタ
リング技術においては、フッ化物材料を主成分としたタ
ーゲットを用いているため、スパッタリング時のターゲ
ット材からのフッ素の解離を完全に防ぐことが困難であ
った。可視光領域においては、従来技術でも吸収の少な
いフッ化物光学薄膜の形成が可能であったが、特にエキ
シマレーザステッパレンズ用の光学薄膜としては、可視
光領域から300nm以下の紫外領域までの広範囲の波
長領域で非常に低吸収で信頼性の高いものが要求されて
おり、このような要求を満足できないという未解決の課
題があった。
However, in the above-mentioned conventional reactive DC sputtering technique, it is difficult to completely prevent dissociation of fluorine from the target material at the time of sputtering because a target mainly containing a fluoride material is used. Was. In the visible light region, it was possible to form a fluoride optical thin film with little absorption even in the prior art, but especially as an optical thin film for an excimer laser stepper lens, a wide range from the visible light region to the ultraviolet region of 300 nm or less. An extremely low absorption and high reliability in a wavelength region is required, and there is an unsolved problem that such a requirement cannot be satisfied.

【0008】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、反応性DCスパッタ
リング法を用いて、300nm以下の紫外領域までの広
い波長領域において低吸収である極めて高品質な金属フ
ッ化物の光学薄膜の成膜方法および成膜装置を提供する
ことを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned unresolved problems of the prior art, and has an extremely low absorption in a wide wavelength region up to 300 nm or less in an ultraviolet region by using a reactive DC sputtering method. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for forming a high-quality optical thin film of metal fluoride.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の光学薄膜の成膜方法は、ターゲットにスパ
ッタガスを供給し、前記ターゲットから発生するスパッ
タ粒子を反応ガスと反応させて基板に付着させる成膜工
程を有し、前記ターゲットと前記基板の間の空間が有孔
仕切手段によって前記ターゲット側の第1の空間部と前
記基板側の第2の空間部に分離されており、前記第1お
よび前記第2の空間部の間に圧力勾配が設けられている
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for forming an optical thin film according to the present invention comprises supplying a sputtering gas to a target, and reacting sputter particles generated from the target with a reaction gas. A film-forming step of attaching to the substrate, wherein a space between the target and the substrate is separated into a first space portion on the target side and a second space portion on the substrate side by a perforated partitioning means. A pressure gradient is provided between the first and second spaces.

【0010】有孔仕切手段が、ターゲットの周囲を囲む
側面仕切板と、前記ターゲットと基板の間に配設された
有孔仕切板を有するとよい。
It is preferable that the perforated partitioning means has a side partition plate surrounding the periphery of the target and a perforated partition plate provided between the target and the substrate.

【0011】ターゲットが、金属ターゲットであるとよ
い。
[0011] The target may be a metal target.

【0012】スパッタガスに水素ガスが添加されている
とよい。
Preferably, a hydrogen gas is added to the sputtering gas.

【0013】光学薄膜が、金属フッ化物の光学薄膜であ
るとよい。
It is preferable that the optical thin film is a metal fluoride optical thin film.

【0014】また、本発明の成膜装置は、ターゲットを
保持するターゲットホルダと、基板を保持する基板ホル
ダと、前記ターゲットと前記基板の間の空間を、前記タ
ーゲット側の第1の空間部と前記基板側の第2の空間部
に分離する有孔仕切手段と、前記第1の空間部にスパッ
タガスを供給するスパッタガス供給手段と、前記第2の
空間部に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記
第2の空間部を排気する排気手段を有し、前記第1の空
間部が、前記第2の空間部を介して間接的に前記排気手
段によって排気されるように構成されていることを特徴
とする。
Further, in the film forming apparatus of the present invention, a target holder for holding a target, a substrate holder for holding a substrate, and a space between the target and the substrate are defined by a first space on the target side. Perforated partitioning means for separating into a second space on the substrate side, sputter gas supply means for supplying a sputter gas to the first space, and a reaction gas for supplying a reaction gas to the second space Supply means and exhaust means for exhausting the second space, wherein the first space is indirectly exhausted by the exhaust means via the second space. It is characterized by having.

【0015】有孔仕切手段が、有孔仕切板と側面仕切板
によって第1の空間部を包囲するように構成されている
とよい。
It is preferable that the perforated partition means is configured to surround the first space portion by the perforated partition plate and the side partition plate.

【0016】[0016]

【作用】フッ化物をターゲット材料とするスパッタリン
グによって光学薄膜を成膜すると、フッ化物ターゲット
からフッ素が解離して、フッ素の欠乏による吸収が増大
する。そこでAl、Mg等の金属ターゲットをスパッタ
ガスによってスパッタするとともに、基板近傍に反応性
に富んだフッ素ガスを反応ガスとして供給し、スパッタ
粒子と反応させて基板表面に付着させる。
When an optical thin film is formed by sputtering using fluoride as a target material, fluorine is dissociated from the fluoride target, and absorption due to lack of fluorine increases. Therefore, a metal target such as Al or Mg is sputtered with a sputtering gas, and a highly reactive fluorine gas is supplied as a reaction gas near the substrate to react with sputtered particles and adhere to the substrate surface.

【0017】基板とターゲットの間の空間に有孔仕切手
段を配設し、ターゲット側のプラズマ空間である第1の
空間部と、基板側の反応空間である第2の空間部に分離
するとともに、プラズマ空間にスパッタガスを、反応空
間に反応ガスをそれぞれ供給し、かつ、反応空間を排気
手段によって排気することで、プラズマ空間を間接的に
排気し、プラズマ空間との間に圧力勾配を設けること
で、反応空間の反応ガスがプラズマ空間に侵入するのを
防ぐ。
A perforated partitioning means is provided in a space between the substrate and the target, and is divided into a first space which is a plasma space on the target side and a second space which is a reaction space on the substrate side. By supplying a sputtering gas to the plasma space and a reaction gas to the reaction space, and exhausting the reaction space by an exhaust means, the plasma space is indirectly exhausted and a pressure gradient is provided between the plasma space and the plasma space. This prevents the reaction gas in the reaction space from entering the plasma space.

【0018】プラズマ空間に侵入するフッ素ガスのため
にターゲットがフッ化してスパッタレートが低下した
り、プラズマ中でフッ素の負イオンが発生するのを効果
的に回避して、紫外領域においても吸収が少なくて、極
めて高品質である金属フッ化物の光学薄膜を高速で成膜
できる。
The fluorine gas entering the plasma space causes the target to be fluorinated, thereby lowering the sputtering rate, and effectively avoiding the generation of negative ions of fluorine in the plasma. It is possible to form an optical thin film of metal fluoride, which is small and extremely high in quality, at a high speed.

【0019】さらに、スパッタガスに水素を添加するこ
とで、有孔仕切手段によって包囲されていてもなおかつ
プラズマ空間内に侵入する微量なフッ素ガスを、化学的
に安定なHF分子化する。これによって、ターゲットの
フッ化物化や負イオン発生を確実に回避し、より一層低
吸収で信頼性の高い光学薄膜を得ることができる。
Further, by adding hydrogen to the sputtering gas, a very small amount of fluorine gas, which is surrounded by the perforated partitioning means and still enters the plasma space, is converted into chemically stable HF molecules. As a result, fluoridation of the target and generation of negative ions can be reliably avoided, and an optical thin film with lower absorption and higher reliability can be obtained.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0021】図1は一実施の形態による成膜装置を示す
もので、これは、底部に配設した排気口11a,11b
から排気手段12によって真空排気されるステンレス製
(SUS316L)の反応室10を有し、該反応室10
内には、ターゲットである金属ターゲットTを冷却・保
持するための冷却機構を備えたターゲットホルダ13、
金属ターゲットTに対向して基板Wを保持するための回
転および加熱機構を備えた基板ホルダ14、金属ターゲ
ットTと基板Wとの間に配設された有孔仕切板15、金
属ターゲットTの側方を囲む側面仕切板16等が配設さ
れ、さらに、有孔仕切手段を構成する有孔仕切板15と
側面仕切板16および金属ターゲットTによって囲まれ
た第1の空間部であるプラズマ空間S1 にスパッタガス
を供給するためのスパッタガス供給手段であるスパッタ
ガスシャワーヘッド17と、有孔仕切板15と基板Wの
間の第2の空間部である反応空間S2 に反応性に富んだ
フッ素ガスを反応ガスとして供給するための反応ガス供
給手段である反応ガスシャワーヘッド18と、成膜初期
のプラズマコンディショニング時にスパッタ粒子が基板
Wに到達するのを防ぐためのシャッタ19が備えられて
いる。
FIG. 1 shows a film forming apparatus according to an embodiment, which comprises exhaust ports 11a and 11b provided at the bottom.
(SUS316L) reaction chamber 10 which is evacuated from the vacuum chamber by an exhaust means 12.
Inside, a target holder 13 having a cooling mechanism for cooling and holding a metal target T as a target,
A substrate holder 14 having a rotation and heating mechanism for holding the substrate W facing the metal target T; a perforated partition plate 15 disposed between the metal target T and the substrate W; And a plasma space S, which is a first space surrounded by the perforated partition plate 15, the side partition plate 16, and the metal target T that constitute the perforated partitioning means. The sputter gas shower head 17 which is a sputter gas supply means for supplying a sputter gas to 1 and the reaction space S 2 which is a second space between the perforated partition plate 15 and the substrate W are highly reactive. A reactive gas shower head 18 serving as a reactive gas supply means for supplying a fluorine gas as a reactive gas; A shutter 19 is provided.

【0022】ターゲットホルダ13には、金属ターゲッ
トTと有孔仕切板15、側面仕切板16によって囲まれ
たプラズマ空間S1 にプラズマを発生させるためのDC
電源20が接続されている。
The target holder 13 has a DC for generating plasma in a plasma space S 1 surrounded by the metal target T, the perforated partition plate 15, and the side partition plate 16.
Power supply 20 is connected.

【0023】すなわち、反応室10内の金属ターゲット
Tと基板Wの間の空間は、有孔仕切板15によってプラ
ズマ空間S1 と反応空間S2 に分離されており、さら
に、下端を有孔仕切板15に結合された側面仕切板16
によってプラズマ空間S1 が完全に包囲されている。
That is, the space between the metal target T and the substrate W in the reaction chamber 10 is separated into the plasma space S 1 and the reaction space S 2 by the perforated partition plate 15, and the lower end is further perforated. Side partition plate 16 connected to plate 15
Plasma space S 1 is completely surrounded by.

【0024】スパッタガス供給源に接続されたスパッタ
ガスシャワーヘッド17の供給口17aから金属ターゲ
ットTに面したプラズマ空間S1 にスパッタガスを供給
し、反応ガスシャワーヘッド18の供給口18aからは
基板Wと有孔仕切板15との間の反応空間S2 に反応ガ
スであるフッ素ガスを供給する。
[0024] The substrate from a sputter plasma space S 1 facing the metal target T from the supply port 17a of the gas supply source is in the connected sputter gas showerhead 17 supplying a sputter gas supply port 18a of the reaction gas showerhead 18 supplying a fluorine gas is a reaction gas into the reaction space S 2 between W and perforated partition plate 15.

【0025】また、プラズマ空間S1 は、有孔仕切板1
5の開孔15aから反応空間S2 を介して間接的に排気
される。反応室10内の圧力は、排気口11a,11b
に接続された排気手段12によって所望のプロセス圧力
に設定される。
The plasma space S 1 is provided with a perforated partition plate 1.
Is indirectly discharged from the fifth hole 15a through the reaction space S 2. The pressure in the reaction chamber 10 is controlled by the exhaust ports 11a and 11b.
Is set to a desired process pressure by the exhaust means 12 connected to the process.

【0026】反応室10内の圧力を0.4〜4Pa程度
に維持した状態で、金属ターゲットTと基板Wとの間に
DC電圧を印加して、金属ターゲットTと有孔仕切板1
5、側面仕切板16によって囲まれたプラズマ空間S1
に放電を起こして、スパッタガスのプラズマを生成す
る。このプラズマ粒子にてスパッタされたターゲットの
構成原子(スパッタ粒子)は、有孔仕切板15の開孔1
5aを通して基板Wの表面に達する。
While maintaining the pressure in the reaction chamber 10 at about 0.4 to 4 Pa, a DC voltage is applied between the metal target T and the substrate W, and the metal target T and the perforated partition plate 1 are applied.
5. The plasma space S 1 surrounded by the side partition plate 16
To generate a plasma of a sputtering gas. The constituent atoms (sputtered particles) of the target sputtered by the plasma particles are applied to the opening 1 of the perforated partition plate 15.
It reaches the surface of the substrate W through 5a.

【0027】有孔仕切板15と基板Wとの間の反応空間
2 には金属ターゲット構成原子と反応するフッ素ガス
が存在しているので、両者が基板表面で速やかに反応
し、金属ターゲットTの構成原子と反応ガス成分とを含
む金属フッ化物の光学薄膜を基板Wに成膜することがで
きる。
In the reaction space S 2 between the perforated partition plate 15 and the substrate W, fluorine gas reacting with atoms constituting the metal target is present. An optical thin film of metal fluoride containing the constituent atoms and the reactive gas component can be formed on the substrate W.

【0028】有孔仕切板15、側面仕切板16を金属タ
ーゲットTと同じ材料で製作すれば、プラズマ粒子が両
仕切板15,16をスパッタしても、基板W上に形成さ
れる光学薄膜に影響を及ぼさない。また、反応ガスであ
るフッ素ガスのプラズマ空間S1 への流入は、排気手段
12による真空圧やスパッタガスの流量等によってプラ
ズマ空間S1 と反応空間S2 の間に発生する圧力勾配、
および有孔仕切板15の開口率によって任意に抑制でき
る。
If the perforated partition plate 15 and the side partition plate 16 are made of the same material as the metal target T, even if the plasma particles sputter both the partition plates 15 and 16, the optical thin film formed on the substrate W will not be formed. Has no effect. Further, the fluorine flowing into the plasma space S 1 of the gas pressure gradient generated between the plasma space S 1 and the reaction space S 2 by the flow rate or the like of the vacuum pressure and a sputtering gas by the exhaust unit 12 is a reaction gas,
And it can be suppressed arbitrarily by the aperture ratio of the perforated partition plate 15.

【0029】さらに、側面仕切板16によってプラズマ
空間S1 の側面を覆うことにより、フッ素ガスの流入を
より一層確実に防止できるので、フッ素ガスとスパッタ
されたターゲット構成原子との反応は基板Wの表面で優
先的に生じる。また、金属ターゲットTがフッ化される
のを防いで、金属ターゲットTのフッ化によるスパッタ
レートの低下も抑制できる。その結果、高堆積速度で化
学量論比を満足する光学薄膜を成膜できる。
Further, by covering the side surface of the plasma space S 1 with the side partition plate 16, the inflow of the fluorine gas can be more reliably prevented. It occurs preferentially on the surface. Further, by preventing the metal target T from being fluorinated, it is possible to suppress a decrease in the sputter rate due to the fluorination of the metal target T. As a result, an optical thin film satisfying the stoichiometric ratio can be formed at a high deposition rate.

【0030】なお、反応空間S2 からプラズマ空間S1
内に有孔仕切板15を回り込んで侵入する反応ガスが少
量であれば、側面仕切板16を省略してもよい。
The reaction space S 2 is connected to the plasma space S 1
The side partition plate 16 may be omitted if a small amount of the reaction gas enters around the perforated partition plate 15 and enters therein.

【0031】スパッタガスとしては、Ar,Kr,Xe
等の不活性ガスが用いられる。また、反応ガスであるフ
ッ素ガスは、Ar,Kr,Xe等によって希釈したもの
を用いるとよい。
As the sputtering gas, Ar, Kr, Xe
And the like. As the fluorine gas as a reaction gas, a gas diluted with Ar, Kr, Xe, or the like is preferably used.

【0032】プラズマ空間S1 に供給されるスパッタガ
スには、金属ターゲットTの表面で生成されるF−負イ
オン(フッ素のマイナスイオン)を化学的に安定なHF
分子化するための水素が添加される。ターゲットとして
金属ターゲットを用いることと、スパッタガスに水素を
添加する理由は以下の通りである。
The sputtering gas supplied to the plasma space S 1 includes F-negative ions (fluorine negative ions) generated on the surface of the metal target T, which are chemically stable HF.
Hydrogen for molecularization is added. The reason for using a metal target as the target and adding hydrogen to the sputtering gas is as follows.

【0033】従来のスパッタリング法で、ターゲット材
料として、金属フッ化物を使用すると、どうしても、フ
ッ素の解離が伴ない、フッ素の欠乏した光学薄膜になっ
てしまう。また、反応性スパッタリング法を併用して
も、フッ素の遊離したフッ化物材料は、活性なフッ素系
反応ガスと出会っても、その反応性が乏しいためにやは
り、化学量論組成を満たしにくく、光学吸収が生じてし
まう。
When a metal fluoride is used as a target material in the conventional sputtering method, the fluorine-deficient optical thin film is inevitably accompanied by the dissociation of fluorine. Further, even if the reactive sputtering method is used in combination, even if the fluoride material from which fluorine is released encounters an active fluorine-based reaction gas, its reactivity is poor, so that it is still difficult to satisfy the stoichiometric composition, and Absorption occurs.

【0034】さらに、金属フッ化物ターゲットがスパッ
タされ、その結果解離したフッ素や、反応ガスとして供
給されるフッ素は、プラズマ中で容易にF−負イオンを
形成し、ターゲット近傍で、ターゲットのDCバイアス
電圧(−200〜−500eV)によって逆加速され、
高エネルギー粒子として成長中の膜表面に衝突し、これ
が光学薄膜へのダメージ、すなわち、カラーセンタとし
て現れ、光学吸収の原因になることが鋭意研究の結果、
明らかとなっている。
Further, the metal fluoride target is sputtered, and the fluorine dissociated as a result or the fluorine supplied as a reaction gas easily forms F-negative ions in the plasma. Reverse accelerated by voltage (-200 to -500 eV),
As a result of intensive research, it collides with the growing film surface as high-energy particles, which damages the optical thin film, that is, appears as a color center and causes optical absorption.
It is clear.

【0035】この現象は、フッ化物薄膜のイオン結晶性
が強いほど顕著に現れる。特にMgF2 膜では、負イオ
ンに起因するダメージによる光学吸収が生じやすく、3
00nm以下の260nm近傍に、カラーセンタに起因
する光学吸収が生じる。しかしながら、この波長領域で
は、フッ素の欠乏によっても、大きな吸収を示すため、
ダメージ起因の吸収と区別することは難しい。
This phenomenon appears more remarkably as the ionic crystallinity of the fluoride thin film becomes stronger. Particularly, in the case of the MgF 2 film, optical absorption due to damage caused by negative ions is likely to occur.
Optical absorption due to the color center occurs near 260 nm of 00 nm or less. However, in this wavelength region, a large absorption is exhibited even by the lack of fluorine.
Difficult to distinguish from absorption due to damage.

【0036】そこで、本実施の形態においては、金属タ
ーゲットをフッ化させずに、極力、純粋な金属ターゲッ
トとしてスパッタする。さらに、スパッタガスに水素ガ
スを添加することによって、ターゲット表面で生成する
負イオンを化学的に安定な分子化することで、ターゲッ
ト電位で逆加速される負イオンを極力排除し、成長中の
膜のダメージを回避し、光学吸収を低減する。
Therefore, in the present embodiment, the metal target is sputtered as pure as possible without fluorinating the metal target. In addition, by adding hydrogen gas to the sputtering gas, negative ions generated on the target surface are chemically converted into stable molecules, so that negative ions that are inversely accelerated at the target potential are eliminated as much as possible. Avoids damage and reduces optical absorption.

【0037】また、スパッタガスに水素ガスを添加すれ
ば、反応室内の残留水分等に起因する酸化反応によるM
gOの生成を、水素ラジカル等の活性水素による還元反
応によって抑制できる。このように水素添加により、紫
外領域で非常に大きな吸収をもつMgOの生成を防ぐこ
とで、紫外領域における吸収を低減できるという効果も
ある。
Further, if hydrogen gas is added to the sputtering gas, M
The production of gO can be suppressed by a reduction reaction with active hydrogen such as a hydrogen radical. By preventing the generation of MgO having an extremely large absorption in the ultraviolet region by the hydrogenation as described above, there is also an effect that the absorption in the ultraviolet region can be reduced.

【0038】さらに、スパッタガスに対する水素ガスの
添加は、ターゲット近傍に到達するフッ素ガスによって
金属ターゲットがフッ化することも防止する効果がある
ため、金属ターゲットからのスパッタ粒子を純粋な金属
原子として基板近傍に供給することが可能となる。その
結果、基板近傍に到達した活性な金属原子は、基板近傍
に供給する反応性に富んだフッ素ガスによって、速やか
にフッ化反応を起こし、フッ素の欠乏を伴なうことな
く、化学量論組成を満たした金属フッ化物の膜が基板表
面に成長する。このようにして、フッ素の欠乏を原因と
する光学吸収を大幅に低減できる。
Further, the addition of hydrogen gas to the sputtering gas has the effect of preventing the metal target from being fluorinated by the fluorine gas reaching the vicinity of the target, so that sputtered particles from the metal target are converted into pure metal atoms on the substrate. It can be supplied to the vicinity. As a result, the active metal atoms that have reached the vicinity of the substrate rapidly undergo a fluorination reaction by the highly reactive fluorine gas supplied to the vicinity of the substrate, and the stoichiometric composition can be obtained without depletion of fluorine. Grows on the substrate surface. In this way, optical absorption due to fluorine deficiency can be significantly reduced.

【0039】実験の結果、スパッタガス中に添加する水
素ガスの量は、5%以上で顕著な効果が現れ、20%を
越えると、基板近傍の反応に寄与するフッ素ガスも一部
HF分子化されてしまうため、金属フッ化物反応の促進
が阻害されることが判明している。従って、スパッタガ
ス中の水素濃度は5〜20%の範囲で制御される。
As a result of the experiment, a remarkable effect appears when the amount of hydrogen gas added to the sputtering gas is 5% or more, and when it exceeds 20%, some of the fluorine gas contributing to the reaction near the substrate is converted into HF molecules. Therefore, it has been found that the promotion of the metal fluoride reaction is inhibited. Therefore, the hydrogen concentration in the sputtering gas is controlled in the range of 5 to 20%.

【0040】加えて、前述のようにプラズマ空間S1
金属ターゲットが、有孔仕切板と側面仕切板によって包
囲されているため、プラズマ空間S1 に侵入する反応ガ
スの量は大幅に低減される。プラズマ空間S1 にフッ素
ガスが多少流入してF−負イオンを生成しても、水素ガ
スによってHF分子化され、HFガスとして、有孔仕切
板15の開口15aを通して排気される。従って、成長
中の薄膜表面のF−負イオンダメージを確実に回避する
ことができる。
In addition, since the plasma space S 1 and the metal target are surrounded by the perforated partition plate and the side partition plate as described above, the amount of the reactant gas entering the plasma space S 1 is greatly reduced. You. Plasma space S 1 fluorine gas is slightly flows into the F- and generate negative ions is HF molecules by hydrogen gas, as HF gas is exhausted through the openings 15a of the perforated partition plate 15. Therefore, F-negative ion damage on the surface of the growing thin film can be reliably avoided.

【0041】このようにして、紫外領域においても光学
吸収が極めて小さい高品質な金属フッ化物の光学薄膜を
高速度で成膜できる。
In this manner, a high-quality optical thin film of metal fluoride having extremely low optical absorption even in the ultraviolet region can be formed at a high speed.

【0042】次に実施例を説明する。Next, an embodiment will be described.

【0043】(第1実施例)金属ターゲット材に金属マ
グネシウムを用い、スパッタガスと反応ガスには5%H
2 /Arガス、10%F2 /Arガスをそれぞれ用い
て、金属マグネシウムフッ化物(MgF2 )の光学薄膜
を形成した。このときの有孔仕切手段は、金属ターゲッ
トと対向する有孔仕切板のみとし、ターゲット側面を覆
う側面仕切板をはずして行ない、水素ガスの添加効果を
調べた。その結果を図2のグラフに示す。
(First Embodiment) Metal magnesium was used as a metal target material, and 5% H was used as a sputtering gas and a reaction gas.
An optical thin film of metallic magnesium fluoride (MgF 2 ) was formed using a 2 / Ar gas and a 10% F 2 / Ar gas, respectively. At this time, the perforated partitioning means was only the perforated partition plate facing the metal target, and the side partition plate covering the side surface of the target was removed, and the effect of adding hydrogen gas was examined. The results are shown in the graph of FIG.

【0044】図2から、スパッタガスに水素を添加した
ものは、可視光領域から300nm以下の紫外波長領域
でも、吸収が少なくて、低屈折率の光学薄膜を得られる
ことがわかる。
From FIG. 2, it can be seen that, in the case where hydrogen is added to the sputter gas, an optical thin film having a low absorption and a low refractive index can be obtained even in the ultraviolet wavelength region from the visible light region to 300 nm or less.

【0045】これに比べて、水素添加が無い場合のMg
2 膜の光学吸収は非常に大きく、スパッタガスに水素
を添加することによって、光学吸収が効果的に低減でき
ることがわかる。特に、260nm近傍の吸収において
大きな差異が認められる。これは、MgF2 膜がイオン
結晶性が強く、F−負イオンダメージには特に敏感であ
るためと考えられる。
On the other hand, when hydrogen is not added, Mg
It can be seen that the optical absorption of the F 2 film is very large, and that the optical absorption can be effectively reduced by adding hydrogen to the sputtering gas. In particular, a large difference is observed in the absorption near 260 nm. This is probably because the MgF 2 film has high ionic crystallinity and is particularly sensitive to F-negative ion damage.

【0046】(第2実施例)第1実施例では、水素添加
スパッタガスの光学吸収低減効果が確認され、金属ター
ゲットの側面を覆う側面仕切板(側面シールド)が無く
ても、KrFエキシマレーザの発光波長(248nm)
の光学吸収は充分に抑えられることがわかった。
(Second Embodiment) In the first embodiment, the effect of reducing the optical absorption of the hydrogen-added sputtering gas was confirmed. Even if there was no side partition plate (side shield) covering the side of the metal target, the KrF excimer laser could be used. Emission wavelength (248nm)
Was found to be sufficiently suppressed.

【0047】しかし、ArFエキシマレーザの発光波長
である193nmにおける吸収は満足のいくものは得ら
れなかった。そこで、金属ターゲットの側面を覆う側面
仕切板(側面シールド)の構造を付加した構成で同様に
MgF2 膜の成膜を行なった。図3は、その光学特性を
示したもので、同様に水素添加の有無で比較してみた。
However, satisfactory absorption was not obtained at 193 nm, which is the emission wavelength of the ArF excimer laser. Therefore, an MgF 2 film was formed in a similar manner with a configuration in which a structure of a side partition plate (side shield) covering the side surface of the metal target was added. FIG. 3 shows the optical characteristics, and the comparison was similarly made with or without hydrogen addition.

【0048】図3のグラフからわかるように、水素添加
スパッタガスを用い、さらに、有孔仕切板に加えて、タ
ーゲット側面を覆う側面仕切板(側面シールド)を用い
た構成によって、193nmの波長領域においても、吸
収の低いMgF2 膜を得ることができた。これは、ター
ゲット側面を覆う側面仕切板を付加した完全なシールド
構成によって、フッ素ガスがターゲット表面に拡散して
F−負イオンが生成するのを防ぐ効果がより一層確実な
ものとなると考えられる。
As can be seen from the graph of FIG. 3, the configuration using a hydrogen-added sputtering gas and using a side partition plate (side shield) covering the side surface of the target in addition to the perforated partition plate has a wavelength range of 193 nm. Also, a MgF 2 film having low absorption was obtained. It is considered that the effect of preventing the diffusion of fluorine gas to the surface of the target and the generation of F-negative ions can be further ensured by the complete shield configuration in which a side partition plate covering the side surface of the target is added.

【0049】また、水素添加がない場合においても、1
93nmの波長領域では吸収が生じてしまうが、248
nmの波長領域においては、第1実施例でみられたよう
な260nm近傍の大きな吸収は無くなって、充分小さ
な光学吸収特性を示していることがわかる。これは、タ
ーゲット側面を覆う側面仕切板による側面シールド効果
が、水素添加無しの場合には極めて有効であることを示
している。
Further, even when no hydrogen is added, 1
Absorption occurs in the wavelength region of 93 nm, but 248
In the wavelength region of nm, the large absorption near 260 nm as seen in the first embodiment disappears, and it can be seen that the optical absorption characteristics are sufficiently small. This indicates that the side shield effect of the side partition plate covering the side of the target is extremely effective when no hydrogen is added.

【0050】(第3実施例)第2実施例と同様の成膜実
験をAlF3 膜に対して適用した結果を図4に示す。図
4の光学吸収特性より、AlF3 膜についても、193
nmの紫外波長領域まで低吸収な薄膜の形成が可能であ
ることが確認できた。
(Third Embodiment) FIG. 4 shows the result of applying the same film forming experiment as in the second embodiment to an AlF 3 film. Than the optical absorption characteristics of FIG. 4, for the AlF 3 film, 193
It was confirmed that a thin film having low absorption up to the ultraviolet wavelength region of nm could be formed.

【0051】(第4実施例)第2実施例と第3実施例と
同様に金属ターゲット材料にNd、Laを用いることに
よって、NdF3 、LaF6 の高屈折率金属フッ化膜に
ついても検討を行なった。NdF3 膜、LaF6 膜とも
に193nmの波長領域において低吸収で、高い屈折率
を示す光学特性が得られた。
(Fourth Embodiment) As in the second and third embodiments, by using Nd and La for the metal target material, a high refractive index metal fluoride film of NdF 3 and LaF 6 is also studied. Done. Both the NdF 3 film and the LaF 6 film exhibited low absorption in the wavelength region of 193 nm and optical characteristics showing a high refractive index.

【0052】第1〜第4実施例による光学薄膜の光学特
性を以下の表1にまとめて示す。
The optical characteristics of the optical thin films according to the first to fourth embodiments are summarized in Table 1 below.

【0053】[0053]

【表1】 [Table 1]

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.

【0055】金属ターゲットと、水素添加のスパッタガ
ス、希釈フッ素ガスの反応ガスを用いた反応性DCスパ
ッタリング法によって、可視光領域から300nm以下
の紫外領域、特に、248nm、193nmのKrF、
ArFエキシマレーザ発光波長領域において極めて吸収
の少ない、AlF3 、MgF2 の低屈折率光学薄膜や、
NdF3 、LaF6 の高屈折率光学薄膜を成膜できる。
これらは、KrFおよびArFエキシマレーザステッパ
レンズ用光学薄膜として、充分な光学性能を実現するも
のである。
By a reactive DC sputtering method using a metal target, a hydrogen-added sputtering gas, and a reactive gas of a diluted fluorine gas, an ultraviolet region from a visible light region to 300 nm or less, in particular, KrF of 248 nm and 193 nm,
A low-refractive-index optical thin film of AlF 3 or MgF 2 having extremely low absorption in the ArF excimer laser emission wavelength region,
A high refractive index optical thin film of NdF 3 and LaF 6 can be formed.
These realize sufficient optical performance as optical thin films for KrF and ArF excimer laser stepper lenses.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】一実施の形態による成膜装置を示す模式断面図
である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a film forming apparatus according to one embodiment.

【図2】第1実施例において成膜したフッ化物(MgF
2 )膜の光学吸収特性を示すグラフである。
FIG. 2 shows a fluoride (MgF) formed in the first embodiment.
2 ) A graph showing the optical absorption characteristics of the film.

【図3】第2実施例において成膜したフッ化物(MgF
2 )膜の光学吸収特性を示すグラフである。
FIG. 3 shows a fluoride (MgF) formed in the second embodiment.
2 ) A graph showing the optical absorption characteristics of the film.

【図4】第3実施例において成膜したフッ化物(AlF
3 )膜の光学吸収特性を示すグラフである。
FIG. 4 shows a fluoride (AlF) formed in a third embodiment.
3 ) A graph showing the optical absorption characteristics of the film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

T 金属ターゲット W 基板 S1 プラズマ空間 S2 反応空間 10 反応室 11a、11b 排気口 13 ターゲットホルダ 14 基板ホルダ 15 有孔仕切板 16 側面仕切板 17、18 スパッタガスシャワーヘッド 19 シャッタ 20 DC電源T metal target W substrate S 1 plasma space S 2 reaction space 10 a reaction chamber 11a, 11b exhaust port 13 the target holder 14 substrate holder 15 perforated partition plate 16 side partition plates 17 and 18 sputtering gas showerhead 19 shutter 20 DC power supply

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ターゲットにスパッタガスを供給し、前
記ターゲットから発生するスパッタ粒子を反応ガスと反
応させて基板に付着させる成膜工程を有し、前記ターゲ
ットと前記基板の間の空間が有孔仕切手段によって前記
ターゲット側の第1の空間部と前記基板側の第2の空間
部に分離されており、前記第1および前記第2の空間部
の間に圧力勾配が設けられていることを特徴とする光学
薄膜の成膜方法。
A film forming step of supplying a sputtering gas to a target, reacting sputter particles generated from the target with a reaction gas, and attaching the reaction gas to a substrate, wherein a space between the target and the substrate is perforated. The partitioning means separates the first space portion on the target side and the second space portion on the substrate side, and a pressure gradient is provided between the first and second space portions. Characteristic method of forming an optical thin film.
【請求項2】 有孔仕切手段が、ターゲットの周囲を囲
む側面仕切板と、前記ターゲットと基板の間に配設され
た有孔仕切板を有することを特徴とする請求項1記載の
光学薄膜の成膜方法。
2. The optical thin film according to claim 1, wherein the perforated partitioning means has a side partition surrounding the periphery of the target, and a perforated partition disposed between the target and the substrate. Film formation method.
【請求項3】 ターゲットが、金属ターゲットであるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の光学薄膜の成膜
方法。
3. The method according to claim 1, wherein the target is a metal target.
【請求項4】 スパッタガスが、Ar、Kr、Xeのう
ちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1な
いし3いずれか1項記載の光学薄膜の成膜方法。
4. The method for forming an optical thin film according to claim 1, wherein the sputtering gas contains at least one of Ar, Kr, and Xe.
【請求項5】 スパッタガスに水素ガスが添加されてい
ることを特徴とする請求項1ないし4いずれか1項記載
の光学薄膜の成膜方法。
5. The method for forming an optical thin film according to claim 1, wherein a hydrogen gas is added to the sputtering gas.
【請求項6】 水素ガスの添加量が5〜20%の範囲で
あることを特徴とする請求項5記載の光学薄膜の成膜方
法。
6. The method according to claim 5, wherein the amount of hydrogen gas added is in the range of 5 to 20%.
【請求項7】 光学薄膜が、金属フッ化物の光学薄膜で
あることを特徴とする請求項1ないし6いずれか1項記
載の光学薄膜の成膜方法。
7. The method according to claim 1, wherein the optical thin film is a metal fluoride optical thin film.
【請求項8】 反応ガスが、フッ素ガスを含むことを特
徴とする請求項1ないし7いずれか1項記載の光学薄膜
の成膜方法。
8. The method for forming an optical thin film according to claim 1, wherein the reaction gas contains a fluorine gas.
【請求項9】 光学薄膜が、AlF3 、MgF2 、Nd
3 またはLaF6の光学薄膜であることを特徴とする
請求項1ないし8いずれか1項記載の光学薄膜の成膜方
法。
9. An optical thin film comprising AlF 3 , MgF 2 , Nd
9. The method for forming an optical thin film according to claim 1, wherein the optical thin film is F 3 or LaF 6 .
【請求項10】 ターゲットを保持するターゲットホル
ダと、基板を保持する基板ホルダと、前記ターゲットと
前記基板の間の空間を、前記ターゲット側の第1の空間
部と前記基板側の第2の空間部に分離する有孔仕切手段
と、前記第1の空間部にスパッタガスを供給するスパッ
タガス供給手段と、前記第2の空間部に反応ガスを供給
する反応ガス供給手段と、前記第2の空間部を排気する
排気手段を有し、前記第1の空間部が、前記第2の空間
部を介して間接的に前記排気手段によって排気されるよ
うに構成されていることを特徴とする成膜装置。
10. A target holder for holding a target, a substrate holder for holding a substrate, and a space between the target and the substrate, a first space on the target side and a second space on the substrate side. A perforated partitioning means for separating into a part, a sputter gas supply means for supplying a sputter gas to the first space, a reaction gas supply means for supplying a reaction gas to the second space, Exhaust means for exhausting a space portion, wherein the first space portion is configured to be indirectly exhausted by the exhaust means via the second space portion. Membrane equipment.
【請求項11】 有孔仕切手段が、ターゲットと基板の
間に配設された有孔仕切板を有することを特徴とする請
求項10記載の成膜装置。
11. The film forming apparatus according to claim 10, wherein the perforated partitioning means has a perforated partition plate provided between the target and the substrate.
【請求項12】 有孔仕切手段が、有孔仕切板と側面仕
切板によって第1の空間部を包囲するように構成されて
いることを特徴とする請求項10記載の成膜装置。
12. The film forming apparatus according to claim 10, wherein the perforated partitioning means is configured to surround the first space by a perforated partition plate and a side partition plate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7223449B2 (en) * 2001-09-20 2007-05-29 Shinmaywa Industries, Ltd. Film deposition method

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