JP2001355068A - スパッタリング装置および堆積膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意形状の被成膜部材上に膜厚が極めて均一
な堆積膜を形成する。 【解決手段】 ターゲット１２、およびこれを保持する
ターゲットホルダ１１を有するで構成されたターゲット
電極１０に対向する位置に被成膜用レンズ４ｄが配置さ
れている。制御部１８により制御され、高周波電力を供
給する高周波電源１５およびインピーダンス整合回路１
６を有する高周波電力供給系１４と、高周波電力の位相
を制御する可変コンデンサ１７とは、ターゲット電極１
０を介して接続されている。このため、高周波電力はタ
ーゲット電極１０の一端側から供給されることとなる。
可変コンデンサ１７によりターゲット１２上の高周波電
力の位相が第４の電圧分布２０４のように制御されるこ
とで、被成膜用レンズ４ｄの中央部分と周辺部分のスパ
ッタレートとに差が生じ、均一な膜厚の堆積膜が形成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等の各種デ
バイス、光学部品等の製造において薄膜を形成するスパ
ッタリング装置およびおよび堆積膜形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スパッタリング装置およびスパッ
タリングによる堆積膜形成方法は、導電性膜、誘電体
膜、半導体膜等の各種薄膜の形成に利用されており、多
くの分野で工業的に実用化されている。

【０００３】従来のスパッタリング装置およびスパッタ
リングによる堆積膜形成方法を、図８に示した従来のマ
グネトロンスパッタリング装置の一例を参照しながら説
明する。

【０００４】真空容器５０１内には、ターゲット５１２
とこれを保持するターゲットホルダ５１１で構成された
ターゲット電極５１０が設けられており、これに対向す
る位置に、被成膜部材となる被成膜用レンズ５０４がモ
ータ（図示せず）に連結した被成膜部材ホルダ５０３に
より回転可能に保持されている。また、真空容器５０１
は、内部を排気するための排気系５０２、不活性ガスお
よび／または反応性ガスを導入するためのガス導入系５
０５、および高周波電力を供給するための高周波電力供
給系５１４が接続されている。

【０００５】ターゲット電極５１０は、ターゲット１２
とこれを保持するターゲットホルダ５１１で構成され、
外部を絶縁材５０９で絶縁されたターゲットシールド５
０８により覆われている。通常、最もよく使われるマグ
ネトロンスパッタリング装置においては、ターゲットホ
ルダ５１１の内部には磁石が収容されている。この磁石
は、内側の円筒状もしくは環状の磁石６０１と外側の環
状磁石６０２とからなり、両者はヨーク６１０に固定さ
れている。ターゲット５１２と磁石６０１、環状磁石６
０２はターゲットホルダ５１１内に流れる冷媒により冷
却される。

【０００６】ガス導入系５０５は、ガスボンベ５０６、
流量調節弁５０７からなる。

【０００７】高周波電力供給系５１４は、高周波電源５
１５と、インピーダンス整合回路５１６で構成され、こ
の電力をターゲット電極１０に供給することによりプラ
ズマ２１を発生させる。

【０００８】プラズマ中の正イオンはターゲット５１２
の表面を衝撃してターゲットの原子をスパッタリング
し、スパッタリングされたターゲット原子は、ターゲッ
ト５１２に対向設置された被成膜部材ホルダ５０３（通
常は接地電位またはフローテイング電位である。装置に
よっては任意の電圧を印加できるものもある。）に取り
付けられた被成膜部材５０４の表面上に膜となって堆積
する。このときプラズマは、ターゲット５１２の表面近
傍にマグネトロン領域５２１に収束される。このように
マグネトロンスパッタリング装置では、高密度のプラズ
マを収束させることによってスパッタレートを向上さ
せ、成膜速度の高速化を行っている。

【０００９】また、光学レンズ基材の表面に均一に成膜
するために、特開平１０−３１７１３５号公報に開示さ
れるているような膜厚補正機構を有するスパッタリング
装置も提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スパッタリング装置および方法においては、平板基板に
おいてはある程度の膜厚均一性を有する薄膜形成は可能
であるが、平板以外の形状のものにマスクなしに薄膜を
形成する場合は、均一な厚さの薄膜を形成するのはかな
り困難を伴う場合があった。

【００１１】そこで、本発明者らは、まず光学レンズの
反射防止膜を形成するために従来のスパッタリング法を
用いてみた。通常、光学レンズは、目的に応じて様々な
曲率を持つ凸面や凹面を組み合わせて結像するように設
計されるため、反射防止膜の形成には、これらのさまざ
まな凸面や凹面に均一に薄膜を形成する必要がある。従
来のスパッタリング装置においては、均一な反射防止膜
を形成するためには、レンズ形状に応じてターゲットと
レンズの間にマスクを置いて一部のスパッタ粒子を遮断
することが必要であった。このため、レンズの種類が増
えるとレンズ形状ごとにマスクが必要になり、製造効率
は悪くなる場合があった。また、マスクの頻繁な交換
は、通常、その都度スパッタリング装置の大気解放を伴
うため、時間がかかる上に形成された堆積膜の特性の安
定性にも問題を生じる場合もあった。

【００１２】そこで、次に、本発明者らは、マスクの交
換による問題を解決するため、マスクなしで堆積膜を形
成する方法の検討を検討した。すなわち、 １）スパッタリングの圧力を上げてスパッタリング粒子
のガスによる散乱を促進して、スパッタリング粒子の指
向性を小さくする、 ２）レンズホルダのターゲットに対する角度を変えられ
るようにして、幾何学的配置の適正化を行う、 という方法を検討した。

【００１３】しかしながら、１）の方法は、成膜速度の
低下や、スパッタ粒子の運動エネルギの低下による膜特
性の悪化などが生じる場合がある。また２）の方法は、
機構部分が多くなり装置が大型化するといった問題を生
じる場合がある。

【００１４】そこで本発明は、マスクを用いずに、膜特
性の低下を来さず、かつ、任意形状の被成膜部材上に膜
厚が極めて均一な堆積膜を形成可能な、簡単の構成のス
パッタリング装置およびおよび堆積膜形成方法を提供す
ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、スパッタ
粒子の発生場所を任意に変えられるようにして、形状に
応じて発生位置を適正化する方法を検討した。この方法
では、スパッタ粒子の発生場所を任意に変えることが重
要であるが、そのために本発明では、以下の考えに基づ
き検討を行った。

【００１６】まず、スパッタ粒子の発生率は、単位時間
単位面積あたりの正イオンの入射数に比例する。また、
一般に入射する正イオンのエネルギが大きいほどスパッ
タ粒子の発生率は大きくなる。このため、ターゲット上
の正イオン入射数および入射エネルギをターゲット上の
位置に対して所望の分布となるようにする必要がある。
正イオンの入射量は、ターゲット上のプラズマの分布の
制御、入射エネルギはターゲット上のシース電界の制御
が必要となる。この制御を行うためにはターゲット上の
任意の点でプラズマに吸収されるエネルギとターゲット
電位を調整できることが重要であり、そのための方法と
して本発明者は、高周波の定在波を用いることである程
度可能となることを発見した。つまり、ターゲット上に
高周波の定在波を発生させることにより、高周波電界の
定在波の腹になるところは電圧振幅が大きくなるので、
プラズマヘのエネルギの吸収は大きくなり正イオン量は
増加して、シース電界も大きくなる。これにより入射イ
オンのエネルギも大きくなることから、スパッタ粒子発
生率は大きくなるが、一方、定在波の節のところでは電
圧振幅は小さくなるため、スパッタ粒子の発生率は小さ
くなる。このように定在波を用いる場合、完全に任意の
スパッタ粒子の発生率をえることは難しいが、その周期
性を利用して必要なスパッタ粒子の分布を得ることは可
能となる。

【００１７】以上より、上記目的を達成するために本発
明のスパッタリング装置は、容器内に配置されたターゲ
ット電極の前面側にプラズマを発生させるための高周波
電力を供給する高周波電力供給手段を有するスパッタリ
ング装置において、前記高周波電力供給手段により供給
される前記高周波電力の周波数を制御する制御手段を有
し、前記制御手段は、被成膜部材の表面と前記ターゲッ
ト電極との間の距離に応じてスパッタリングレートが変
化するような電位分布を、前記高周波電力供給手段によ
り供給する高周波の定在波によって発生させることを特
徴とする。

【００１８】上記の通り構成された本発明のスパッタリ
ング装置は、制御部により周波数の制御がなされる高周
波電力供給手段がターゲット電極に印可する高周波の定
在波によって、被成膜部材の表面とターゲット電極との
間の距離が離れるにつれターゲット電極上での電位が高
くなり、距離が近づくにつれ電位が低くなるような電位
分布を発生させている。このため、例えば、ターゲット
電極に対向して配置された被成膜部材の形状が凸レンズ
形状であり、その中央部分が周辺部に比べてターゲット
電極の表面までの距離が近いといった場合には、凸レン
ズの中央に対応するターゲット電極上の電位を低くし、
一方、凸レンズの周辺に対応するターゲット電極上の電
位は高くするような電位分布がターゲット電極上に形成
される。これにより、凸レンズの中央に対応するターゲ
ット電極上のスパッタリングレートは低く抑えられ、一
方、凸レンズの周辺に対応するターゲット電極のスパッ
タリングレートは高められる。よって、被成膜部材の形
状に対応させて形成すべき堆積膜の膜厚を制御しながら
堆積膜を形成することができる。

【００１９】本発明のスパッタリング装置の高周波電力
供給手段により供給される高周波電力の周波数は、３０
ＭＨｚ〜６００ＭＨｚの範囲であってもよい。

【００２０】また、ターゲット電極が矩形であり、高周
波電力がターゲット電極の一端から供給されるものであ
ってもよいし、高周波電力供給手段と、高周波電力の位
相を調整する位相調整手段とがターゲット電極を介して
接続されているものであってもよい。また、この位相調
整手段が可変コンデンサであってもよい。

【００２１】また、本発明の堆積膜形成方法は、真空容
器内に配置されたターゲット電極の前面でプラズマを発
生させ、前記ターゲット電極に高速イオンを入射し、前
記ターゲット電極の材料をスパッタ粒子として放出さ
せ、該スパッタ粒子を、前記ターゲット電極に対向して
配置された被成膜部材上に堆積させて堆積膜を形成する
堆積膜形成方法において、本発明のスパッタリング装置
を用いて、レンズ形状の前記被成膜部材に前記堆積膜を
形成する工程を含むことを特徴とする。

【００２２】上記の通りの本発明の堆積膜形成方法は、
本発明のスパッタリング装置を用いて、レンズ形状の被
成膜部材に堆積膜を形成する工程を有する。すなわち、
レンズ表面からターゲット電極の表面までの距離が近い
ところではターゲット電極上の電位を低くし、一方、遠
いところではターゲット電極上の電位は高くするような
電位分布を形成し、これにより、ターゲット電極上のス
パッタリングレートを距離が近いところでは低くし、一
方、遠いところでは高くすることができ、レンズの形状
に対応させて形成すべき堆積膜の膜厚を制御しながら堆
積膜を形成することができる。

【００２３】本発明の堆積膜形成方法は、成膜面が凸レ
ンズ形状の被成膜部材に堆積膜を形成する工程を含むも
のであってもよいし、成膜面が凹レンズ形状の被成膜部
材に堆積膜を形成する工程を含むものであってもよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１に、本発明の第１の実施形態に
よるスパッタリング装置の一例の概略構成図を示す。

【００２５】真空容器１内には、ターゲット１２とこれ
を保持するターゲットホルダ１１で構成されたターゲッ
ト電極１０が設けられており、これに対向する位置に、
被成膜部材となる被成膜用レンズ４がモータ（図示せ
ず）に連結された被成膜部材ホルダ３により回転可能に
保持されている。また、真空容器１は、内部を排気する
ための排気系２、不活性ガスおよび／または反応性ガス
を導入するためのガス導入系５、および高周波電力を供
給するための高周波電力供給系１４が接続されており、
高周波電力供給系１４の周波数および可変コンデンサ１
７の静電容量を被成膜部材の表面形状に応じて所定の値
に設定する制御手段としての制御部１８を有する。

【００２６】ターゲット電極１０は、外部を絶縁材９で
絶縁されたターゲットシールド８によりターゲット１２
以外は覆われている。ターゲットホルダ１１は内部に円
筒状もしくは環状の磁石１０１と、磁石１０１の外側に
配置されている環状磁石１０２とを有する。磁石１０１
および環状磁石１０２はヨーク４０１に固定されてい
る。ターゲット１２、磁石１０１、および環状磁石１０
２はターゲットホルダ１１内に流れる冷媒により冷却さ
れる。

【００２７】ガス導入系５は、不活性ガスおよび／また
は反応性ガスを貯蔵しているガスボンベ６と、ガスボン
ベ６から真空容器１内に流入するガスの流量を調節する
ための流量調節弁７とを有する。

【００２８】高周波電力供給系１４は、高周波電源１５
と、インピーダンス整合回路１６とを有し、この電力を
ターゲット電極１０に供給することによりプラズマ２１
を発生させる。

【００２９】次に、図２に、本実施形態のスパッタリン
グ装置に用いられるターゲット電極の構成例の模式的な
斜視図を示す。

【００３０】本実施形態の概念が分かりやすいように、
図２には、長尺の矩形形状のターゲット電極１０を示し
ているがこれに限定されるものではない。ターゲット電
極１０の一端は、高周波電源１５およびインピーダンス
整合器１６からなる高周波電力供給系１４に接続されて
いる。ターゲット電極１０の他端は、必要に応じて可変
コンデンサ１７を介して接地されている。

【００３１】すなわち、高周波電力を供給する高周波電
源１５と高周波電力の位相を制御する可変コンデンサ１
７とは、ターゲット電極１０を介して接続された構成と
なっている。また、このような構成であるため、高周波
電力はターゲット電極１０の一端側から供給されること
となる。

【００３２】以下に本実施形態のスパッタリング装置を
使用しての堆積膜の形成方法に関して説明する。

【００３３】まず、真空容器１を排気系２によって高真
空まで排気した後、ガス供給系５から不活性ガスおよび
／または反応性ガスを真空容器１内に導入し、所定の圧
力に維持する。

【００３４】次に、この状態で、高周波電源１５より高
周波電力をインピーダンス整合回路１６を介して、ター
ゲット電極１０に供給し、ターゲット１２の前面にプラ
ズマ２１を発生させる。この際、図３に示すように、制
御部１８により高周波電源１５が、ターゲット１２の一
端からターゲット１２の長さの１／２程度の波長を実質
的に持つ高周波電力をターゲット１２に導入するように
制御し、また、ターゲット１２の他端を電気的に開放端
にしてやるのが好ましい。高周波電源１５の周波数は好
ましくは３０〜６００ＭＨｚの範囲から選択可能とする
ことが望ましい。

【００３５】ターゲット１２上の電圧Ｖｒｆを、第１の
電圧分布２０１のように、被成膜用レンズ４ａの中央に
対応する位置の電圧が小さくなるような分布を持たせる
ことで、レンズ中央が周辺と比べてターゲット１２に近
い凸レンズ形状の被成膜用レンズ４ａの中央に対応する
ターゲット１２上のスパッタリングレートは低く抑えら
れ、一方、凸レンズの周辺に対応するターゲット１２の
スパッタリングレートは高められる。

【００３６】つまり、ターゲット１２上に高周波の定在
波を発生させることにより、高周波電界の定在波の腹に
なるところは電圧振幅が大きくなり、よって、プラズマ
ヘのエネルギの吸収は大きくなり正イオン量が増加し
て、シース電界も大きくなり入射イオンのエネルギも大
きくなる。これによりスパッタ粒子発生率は大きくな
る。一方、定在波の節のところでは電圧振幅は小さくな
るため、スパッタ粒子の発生率は小さくなる。必要なス
パッタ粒子の分布を得ることができるため、被成膜部材
の形状に対応させて形成すべき堆積膜の膜厚を制御しな
がら堆積膜を形成することができる。すなわち、被成膜
用レンズ４ａ上に均一な膜厚の堆積膜を形成することが
できる。

【００３７】なお、ここで実質的にという用語は、プラ
ズマの発生により、同じ周波数でターゲット上の波長が
変わるため、プラズマの発生した状態での実際の波長と
いう意味で用いた。

【００３８】以上説明したように、本実施形態のスパッ
タリング装置によれば、ターゲット電極１０に高周波電
力を一端側から供給し、この高周波による定在波により
ターゲット１２上に、ターゲット１２と被成膜用レンズ
４ａとの距離が遠くなるにつれ、ターゲット１２上での
電位を高くし、一方、距離が近づくにつれ、電位を低く
するような電位分布を発生させている。これにより、タ
ーゲット１２上で被成膜用レンズ４ａの形状に適したス
パッタレートを得ることができ、被成膜用レンズ４ａ上
に均一な膜厚の堆積膜を形成することができる。 （第２の実施形態）次に、図４に凹レンズに堆積膜を形
成する場合のスパッタリングにおける電位分布の概念図
の一例を示す。なお、本実施形態で用いられるスパッタ
リング装置は、被成膜用レンズ４ｂの形状および形成さ
れる電圧分布が異なる以外は、基本的に第１の実施形態
で示したスパッタリング装置と同様であるため、詳細の
説明は省略するとともに、符号は同じものを用いて説明
する。

【００３９】本実施形態で用いる被成膜用レンズ４ｂの
形状は、ターゲット１２との距離がレンズ中央では周辺
に比べて遠くなっている、いわゆる凹レンズ形状である
ため、従来の堆積膜の形成方法では、中心の膜厚が小さ
くなる。このため、本実施形態では、中心の膜厚が厚く
なることで周辺部部の膜厚と均等な厚さになるように、
ターゲット１２上の電圧Ｖｒｆを第２の電圧分布２０２
のように、凹レンズである被成膜用レンズ４ｂの中央部
分、すなわち、ターゲット１２からの距離が遠い部分で
は電圧を高く、一方、ターゲット１２からの距離が近い
周辺では中央部分に比べて電圧が低くなるように制御部
１８により制御している。図４のような場合、ターゲッ
ト１２の長さと実質的に同程度の波長を持つ周波数の高
周波電力をターゲット１２の一端から供給して、他端を
開放端にするのが好ましい。

【００４０】高周波電源１５の周波数は、好ましくは３
０〜６００ＭＨｚの範囲とするのが望ましい。

【００４１】以上説明したように、本実施形態のスパッ
タリング装置によれば、ターゲット電極１０に高周波電
力を一端側から供給し、この高周波による定在波により
ターゲット１２上に、ターゲット１２と被成膜用レンズ
４ｂとの距離が遠くなるにつれ、ターゲット１２上での
電位を高くし、一方、距離が近づくにつれ、電位を低く
するような電位分布を発生させている。これにより、タ
ーゲット１２上で被成膜用レンズ４ｂの形状に適したス
パッタレートを得ることができ、被成膜用レンズ４ｂ上
に均一な膜厚の堆積膜を形成することができる。 （第３の実施形態）次に、図５に緩やかなＲの凹レンズ
形状のレンズに堆積膜を形成する場合のスパッタリング
における電位分布の概念図の一例を示す。なお、本実施
形態で用いられるスパッタリング装置は、被成膜用レン
ズ４ｃの形状および形成される電圧分布が異なる以外
は、基本的に第１および第２の実施形態で示したスパッ
タリング装置と同様であるため、詳細の説明は省略する
とともに、符号は同じものを用いて説明する。

【００４２】本実施形態では、第２の実施形態で示した
被成膜用レンズ４ｂの凹レンズ形状と比較してもう少し
Ｒの緩やかな凹レンズが被成膜用レンズ４ｃとして用い
られている。この場合、例えば、第３の電圧分布２０３
の波長がターゲット１２の長さの１／２程度になるよう
な周波数の高周波電力をターゲット１２の一方の端から
導入して、他端側を電気的に短絡する、すなわち、直接
接地するのが好ましい。本実施形態においても、ターゲ
ット１２からの距離が遠い部分では電圧を高く、一方、
ターゲット１２からの距離が近い周辺では中央部分に比
べて電圧が低くなるように制御部１８により制御してい
る。

【００４３】高周波電源１５の周波数は好ましくは３０
〜６００ＭＨｚの範囲とするのが望ましい。

【００４４】以上説明したように、本実施形態のスパッ
タリング装置によれば、ターゲット電極１０に高周波電
力を一端側から供給し、この高周波による定在波により
ターゲット１２上に、ターゲット１２と被成膜用レンズ
４ｃとの距離が遠くなるにつれ、ターゲット１２上での
電位を高くし、一方、距離が近づくにつれ、電位を低く
するような電位分布を発生させている。これにより、タ
ーゲット１２上で被成膜用レンズ４ｃの形状に適したス
パッタレートを得ることができ、被成膜用レンズ４ｃ上
に均一な膜厚の堆積膜を形成することができる。 （第４の実施形態）次に、図６に任意の形状のレンズに
堆積膜を形成する場合のスパッタリングにおける電位分
布の概念図の一例を示す。なお、本実施形態で用いられ
るスパッタリング装置は、被成膜用レンズ４ｄが任意の
レンズ形状であることおよび形成される電圧分布が異な
ること以外は、基本的に第１ないし第３の実施形態で示
したスパッタリング装置と同様であるため、詳細の説明
は省略するとともに、符号は同じものを用いて説明す
る。

【００４５】第１ないし第３の実施形態では、可変コン
デンサ１７を用いずに均一な膜厚の堆積膜を形成可能な
場合に関して説明したが、本実施形態のように任意の形
状の被成膜用レンズ４ｄの場合、可変コンデンサ１７の
静電容量を調節することにより、例えば図６の第４の電
圧分布２０４として示すように任意の位相の定在波を発
生することができるため、あらゆる曲率のレンズに対応
することが可能になる。可変コンデンサ１７は上述した
ように制御部１８により制御可能である。

【００４６】高周波電源１５の周波数は好ましくは３０
〜６００ＭＨｚの範囲とするのが望ましい。

【００４７】以上説明したように、本実施形態のスパッ
タリング装置によれば、ターゲット電極１０に高周波電
力を一端側から供給し、この高周波による定在波により
ターゲット１２上に、ターゲット１２と被成膜用レンズ
４ｄとの距離が遠くなるにつれ、ターゲット１２上での
電位を高くし、一方、距離が近づくにつれ、電位を低く
するような電位分布を発生させている。これにより、タ
ーゲット１２上で被成膜用レンズ４ｄの形状に適したス
パッタレートを得ることができ、被成膜用レンズ４ｄ上
に均一な膜厚の堆積膜を形成することができる。

【００４８】なお、上述した各実施形態は、全てレンズ
形状の被成膜部材である被成膜用レンズ４に対して堆積
膜を形成する場合について説明したが、被成膜部材の形
状は、レンズ形状に限定されるものではなく、任意の形
状であってもよい。この場合、被成膜部材とターゲット
１２との間の距離が離れるにつれターゲット１２上での
電位が高くなり、距離が近づくにつれ電位が低くなるよ
うな電位分布を高周波の定在波によって発生させるよう
に、制御部１８により高周波電力供給系１４の周波数お
よび可変コンデンサ１７の静電容量を制御する。これに
より、被成膜部材の表面とターゲット１２との間の距離
に応じてターゲット１２上のスパッタリングレートが制
御されることとなり、被成膜部材の形状に対応させて形
成すべき堆積膜の膜厚を制御しながら堆積膜を形成する
ことができる。すなわち、任意形状の被成膜部材上に膜
厚が極めて均一な堆積膜を形成することができる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。 （第１の実施例）本実施例では、第１の実施形態におい
て図１により示したスパッタリング装置を用いて、図３
に示すような凸レンズに対して堆積膜を形成した。

【００５０】高周波電源１５として周波数１３．５６Ｍ
Ｈｚ〜６５０ＭＨｚの電源を使用した。本実施例では、
被成膜用レンズ４として、ＢＫ７というガラス材の直径
２５０ｍｍ、曲率３００ｍｍの凸レンズを用いた。被成
膜用レンズ４ａはその中心とターゲット１２の中心とを
正対させて設置して、回転させながらスパッタリングに
よる成膜を行った。

【００５１】ターゲット１２は、図２で示したような矩
形形状で、寸法が０．１２７ｍ×０．３８１ｍのＳｉＯ
₂ターゲットを用いた。ターゲット１２は、一回り大き
いターゲットホルダ１１にボンディングされており、タ
ーゲット電極１０の長手方向の一端に接続された高周波
電源１５から高周波電力が供給される。ターゲット電極
１０の他端は電気的に開放端になっている。ターゲット
電極１０は、ターゲット１２以外はターゲットシールド
８により放電空間と隔離されている。

【００５２】凸レンズの場合、ターゲット全面から均一
にスパッタ粒子を発生させると、レンズ中心がターゲッ
トに近く、正対していることもあって、成膜速度が大き
くなり、レンズ外周部の成膜速度が小さくなる。

【００５３】このような成膜速度の違いにより生じる膜
厚の差をなくし、レンズ全面で均一な成膜速度が得られ
るようにするため、ターゲット１２上の電位分布を第１
の実施形態で示した図３のようにして、ターゲット１２
の中心のスパッタレートを小さくし、かつ、ターゲット
１２の長手方向の両端部に近いところでスパッタレート
が大きくなるように調整する。すなわち、ターゲット１
２上での定在波が両端で腹、真ん中で節になるように、
ターゲット長さが波長の１／２倍に相当するように高周
波の周波数を制御部１８により調整する。なお、プラズ
マのような高周波電力の吸収体が存在する、電極の間の
イオンシースを高周波が電送していく場合、高周波の周
波数は、吸収体の影響で波長が真空中の波長よりも短く
なることを考慮して、真空中の波長からの計算値ではな
く、実験条件に応じて実験的に調整する必要がある。

【００５４】実際のスパッタリングによる薄膜の形成
は、以下の手順で行った。

【００５５】まず真空容器１内を排気系２を作動して排
気しておき、真空容器１内を１．３３×１０―⁶Ｐａ以
下の圧力になるようにしておく。

【００５６】次に、ロードロック室（図示せず）に被成
膜用レンズ４を投入して排気して１．３３×１０―³Ｐ
ａ以下になったところでロードロック機構により、ロー
ドロック室と成膜室との間のバルブを開けて被成膜用レ
ンズ４をロードロック室から成膜室にある基体ホルダ３
に移送して設置する。バルブを閉じた後、ガス供給系５
から、Ａｒガスを３００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ₂ガスを３０
０ｍｌ／ｍｉｎの流量で真空容器１内に導入し、真空容
器１内を０．１３Ｐａの圧力に調整した。

【００５７】次に、高周波電源１５により周波数１３．
５６ＭＨｚないし６５０ＭＨｚの高周波電力を５ｋＷ発
生させ、該高周波電力をインピーダンス整合回路１６を
介してターゲット電極１０に供給した。ここで高周波電
源１５としては上述した範囲の周波数が与えられるよ
う、所定の高周波電源を用いた。インピーダンス整合回
路１６は、当該高周波電源の周波数に応じて適宜調整し
た。

【００５８】このようにして被成膜用レンズ４上に形成
されたＳｉＯ₂膜の膜厚分布をエリプソメトリにより評
価した。その評価結果を図７に示す。

【００５９】本実施例の成膜条件で前述の凸レンズを成
膜する場合、１５０ＭＨｚの周波数が均一な膜厚を形成
するのに適当であることが明らかとなった。

【００６０】なお、成膜条件、レンズの形状、ターゲッ
ト材により最適値は変わるため、本発明は本実施例に限
るものではない。 （第２の実施例）本実施例では、第１の実施例と同様の
装置および方法を用い、また、被成膜用レンズ４ｂとし
てＢＫ７のガラス材からなる直径２００ｍｍ、曲率２０
０ｍｍの凹レンズ上に成膜を行った。ターゲット１２
は、図２で示したような矩形形状で、０．１２７ｍ×
０．３８１ｍのＳｉＯ₂ターゲットを用いた。

【００６１】凹レンズの場合、被成膜用レンズ４ｂの中
心がターゲットからの距離が遠くなるため、被成膜用レ
ンズ４ｂの中心部分の成膜速度が周辺部分に比べて小さ
くなる。そこでターゲット１２上の電位分布が第２の実
施形態で示した図４のようになるように高周波を印加し
て、ターゲット１２の中心のスパッタレートが大きくな
るように調整した。すなわち、ターゲット電極１０の長
手方向の一端から高周波電力を供給するようにし、他端
は電気的に開放端にして、スパッタレートの大きい部分
が被成膜用レンズ４ｂの最も凹んだ部分である中心に対
応するようにした。換言すれば、ターゲット１２上での
定在波の波長がターゲット長さと略同一になるように高
周波の周波数を調整して、かつ、ターゲット１２の真ん
中に定在波の腹が形成されるようにした。

【００６２】なお、成膜の手順は、第１の実施例で説明
した手順と同様であるため、詳細の説明は省略する。

【００６３】以上のようにして形成したＳｉＯ₂膜の膜
厚分布を第１の実施例と同様にエリプソメトリにより評
価した。

【００６４】本実施例の成膜条件で前述の凹レンズを成
膜する場合、３００ＭＨｚの周波数が均一な膜厚を形成
するのに適当であることが明らかとなった。

【００６５】なお、成膜条件、レンズの形状、ターゲッ
ト材により最適値は変わるため、本発明は本実施例に限
るものではない。 （第３の実施例）本実施例では、第１および第２の実施
例と同様の装置および方法を用い、また、被成膜用レン
ズ４ｃとしてＢＫ７のガラス材からなる直径３００ｍ
ｍ、曲率４００ｍｍの凹レンズ上に成膜を行った。ター
ゲット１２は、図２で示したような矩形形状で、０．１
２７ｍ×０．３８１ｍのＳｉＯ₂ターゲットを用いた。

【００６６】第２の実施例と同様に凹レンズの場合、被
成膜用レンズ４ｃの中心がターゲットからの距離が遠く
なるため、被成膜用レンズ４ｃの中心部分の成膜速度が
周辺部分に比べて小さくなる。また、第２の実施例と比
べて、本実施例の被成膜用レンズ４ｃは曲率が大きいた
め、ターゲット１２上の電界分布を図５のようになるよ
うに高周波電力を印加した。すなわち、ターゲット電極
１０の長手方向の一端から高周波電力を供給するように
して、他端は電気的に短絡し、スパッタレートの大きい
部分が被成膜用レンズ４ｃの最も凹んだ部分である中心
に対応するようにした。換言すれば、ターゲット長さが
波長の１／２と同じに相当するように高周波の周波数を
調整して、ターゲット１２の真ん中に定在波の腹が形成
されるようにした。

【００６７】以上のようにして形成したＳｉＯ₂膜の膜
厚分布を第１および第２の実施例と同様にエリプソメト
リにより評価した。

【００６８】本実施例の成膜条件で前述の凹レンズを成
膜する場合、１５０ＭＨｚの周波数が均一な膜厚を形成
するのに適当であることがわかった。 （第４の実施例）本実施例では、第１ないし第３の実施
例と同様の装置および方法を用い、また、被成膜用レン
ズ４ｄとしてＢＫ７のガラス材からなる直径３００ｍ
ｍ、曲率５００ｍｍの凹レンズ上に成膜を行った。

【００６９】ターゲット１２上の電界分布が図６のよう
になるようにして、ターゲット１２の中心のスパッタレ
ートを大きくして、ターゲット１２の長手方向の両端部
に近いところでスパッタレートが小さくなるように調整
した。すなわち、ターゲット１２上での定在波が真ん中
で腹になるように、また、ターゲット１２の両端の電位
がターゲット中央に対して最適な電位を有するように、
高周波の周波数と可変コンデンサ１７を調整した。

【００７０】以上のようにして形成したＳｉＯ₂膜の膜
厚分布を第１の実施例と同様にエリプソメトリにより評
価した。

【００７１】本実施例の成膜条件で前述の凸レンズを成
膜する場合、８０ＭＨｚの周波数と２０ｐＦの静電容量
が均一な膜厚を形成するのに適当であることがわかっ
た。

【００７２】以上、実施例を示してきたが、成膜条件、
レンズの形状、ターゲット材により最適値は変わるた
め、本発明は本実施例に限るものではない。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、タ
ーゲット電極に印可する高周波の定在波によって、被成
膜部材の表面とターゲット電極との間の距離が離れるに
つれターゲット電極上での電位が高くなり、距離が近づ
くにつれ電位が低くなるような電位分布を発生させてい
る。このため、被成膜部材の表面とターゲット電極との
間の距離に応じてターゲット電極上のスパッタリングレ
ートが制御されることとなり、マスクを用いず、また、
膜特性の低下も来さずに、被成膜部材の形状に対応させ
て形成すべき堆積膜の膜厚を制御しながら堆積膜を形成
することができる。よって、任意形状の被成膜部材上に
膜厚が極めて均一な堆積膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるスパッタリング
装置の一例の概略構成図である。

【図２】図１に示したスパッタリング装置に用いられる
ターゲット電極の構成例の模式的な斜視図である。

【図３】凸レンズに堆積膜を形成する場合のスパッタリ
ングにおける電位分布の一例を示す図である。

【図４】凹レンズに堆積膜を形成する場合のスパッタリ
ングにおける電位分布の一例を示す図である。

【図５】緩やかなＲの凹レンズ形状のレンズに堆積膜を
形成する場合のスパッタリングにおける電位分布の一例
を示す図である。

【図６】任意の形状のレンズに堆積膜を形成する場合の
スパッタリングにおける電位分布の一例を示す図であ
る。

【図７】本発明の第１の実施例により凸レンズ上に形成
された堆積膜の膜厚分布を表すグラフである。

【図８】従来のスパッタリング装置の一例を示す模式図
である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 排気系 ３ 被成膜部材ホルダ ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 被成膜用レンズ ５ ガス導入系 ６ ガスボンベ ７ 流量調節弁 ８ ターゲットシールド ９ 絶縁材 １０ ターゲット電極 １１ ターゲットホルダ １２ ターゲット １４ 高周波電力供給系 １５ 高周波電源 １６ インピーダンス整合器 １７ 可変コンデンサ １８ 制御部 ２１ プラズマ １０１ 磁石 １０２ 環状磁石 ２０１ 第１の電圧分布 ２０２ 第２の電圧分布 ２０３ 第３の電圧分布 ２０４ 第４の電圧分布 ４０１ ヨーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2K009 AA02 BB02 CC03 DD04 DD09 FF01 4K029 AA09 AA21 BA46 BD00 CA05 DC05 DC12 DC35 EA06 EA09

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内に配置されたターゲット電極の前
   面側にプラズマを発生させるための高周波電力を供給す
   る高周波電力供給手段を有するスパッタリング装置にお
   いて、 前記高周波電力供給手段により供給される前記高周波電
   力の周波数を制御する制御手段を有し、 前記制御手段は、被成膜部材の表面と前記ターゲット電
   極との間の距離に応じてスパッタリングレートが変化す
   るような電位分布を、前記高周波電力供給手段により供
   給する高周波の定在波によって発生させることを特徴と
   するスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 前記高周波電力の周波数が３０ＭＨｚ〜
   ６００ＭＨｚの範囲にある請求項１に記載のスパッタリ
   ング装置。
3. 【請求項３】 前記ターゲット電極が矩形であり、前記
   高周波電力が前記ターゲット電極の一端から供給される
   請求項１および２に記載のスパッタリング装置。
4. 【請求項４】 前記高周波電力供給手段と、前記高周波
   電力の位相を調整する位相調整手段とが前記ターゲット
   電極を介して接続されている請求項１ないし３のいずれ
   か１項に記載のスパッタリング装置。
5. 【請求項５】 前記位相調整手段が可変コンデンサであ
   る請求項４に記載のスパッタリング装置。
6. 【請求項６】 真空容器内に配置されたターゲット電極
   の前面でプラズマを発生させ、前記ターゲット電極に高
   速イオンを入射し、前記ターゲット電極の材料をスパッ
   タ粒子として放出させ、前記ターゲット電極に対向して
   配置された被成膜部材上に前記スパッタ粒子を堆積させ
   て堆積膜を形成する堆積膜形成方法において、 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスパッタリン
   グ装置を用いて、レンズ形状の前記被成膜部材に前記堆
   積膜を形成する工程を含むことを特徴とする堆積膜形成
   方法。
7. 【請求項７】 成膜面が凸レンズ形状の前記被成膜部材
   に前記堆積膜を形成する工程を含む請求項６に記載の堆
   積膜形成方法。
8. 【請求項８】 成膜面が凹レンズ形状の前記被成膜部材
   に前記堆積膜を形成する工程を含む請求項６に記載の堆
   積膜形成方法。