JP2004084072A - 真空チャンバ内の基板上にグラジエント層を形成する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、表面に対して残余波形の影響を減少させ効率性を増加させ得るグラジエント層を得ることにより、真空チャンバ内の基板上にグラジエント層を形成する装置及び方法に関する。
【解決手段】本発明による解決策は、粒子の流れが少なくともひとつのプラズマ・ソースから蒸発により、真空チャンバ内のコーティングされる基板の表面へ向かうように設計するのである。個別的に配置された穿孔を有するマスクは、粒子源と基板との間に配置される。マスクは、一定の厚さを有し、平面上の基板に対して少なくとも一つの軸に沿って動く駆動手段により振動移動される。マスク内に個別的に存在する穿孔の自由断面と単位面積当り中間ウェブ表面の比率は、全体表面にわたって又はマスクの領域上で変化される。しかし、基板の表面とマスクとの間の距離は、独立的に又は選択的に全体表面や表面領域で異なる大きさでありうる。
【選択図】図１

Description

　本発明は、真空チャンバ内の基板上にグラジエント層を形成する装置及び方法、並びにＸ線光学素子の形成に利用される本発明による装置の使用に関する。

　本発明による解決策は、特にＸ線光学素子の形成だけでなく、超紫外線放射の波長範囲内の電磁気放射の使用に適用できるグラジエント層及び多層システムの形成に適切である。

　個々の層は、その厚さが０．２ｎｍ乃至１μｍの範囲でありうる。

　特に、電磁波放射の短い波長問題によって、希望の層及びコーティング特性をそれぞれ保障するためには、グラジエント層の局部層の厚さが同等なことが要求される。

　例えば、規則的に構成された多層の反射器（ＬＳＭ：Ｌａｙｅｒｅｄ・Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ・Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層を成している超小型合成構造を基板の表面上に形成することは公知である。最近のバリアー層間に高い又は低い電子密度を有する材料（例えば、Ｓｉｏ_２、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｃ）からなる同等な層の交互システムがそれぞれ再度形成されることができ、１０００周期の多くの周期により使われ得る。このバリアー層は、極端に薄くなりえて、その層の厚さが０．２乃至５ｎｍの範囲である。

　しかし、公知の解決策においては、グラジエント層及びそれと等価の多層システムの形成に問題があり、このような基板の場合にコーティングされるその基板の表面が、少なくとも反射及び単色化はもちろん、ビーム形成特性を達成する領域において湾曲するということである。

　例えば、非特許文献１には、いわゆるゴエベルミラーの形成に対して、基板の対応する湾曲面上にナノ型の多層システムを形成することが開示されている。このようなシステムにおいて、各基板は、粒子源の流れに対する軸に沿って色々な速度により並進移動される。

　特許文献１から、このような傾斜層の形成に対して、コーティングされる基板と共に設計されるマスク素子を使用することが公知となっている。このようなマスク素子を利用して異なる長さの複数のチャンネルを提供する。該チャンネルの縦方向の変化は、連続的な方式で選択される。チャンネルの長さによって、同等なボリュームの粒子の流量がチャンネルを通じてコーティングされる基板の表面に到達し、よって長いチャンネルは厚さが薄く、短いチャンネルは厚さが厚く形成されることができる。

　しかし、このようなチャンネルを備えるマスク素子を使用することによって、基板の表面にコーティングされる比率は減少し、これは粒子の流量の一部がマスク素子上とチャンネル内とに被着されるからである。

　さらに、このような解決策によっては、基板の表面又は適切な多層システム上に形成されるグラジエント層が、光学及びＸ線光学特性に悪影響を及ぼす残余波形を避け得ない。
米国特許公報第５、９９３、９０４号明細書 アール・ディーッチュら　「パルス状レーザ蒸着（ＰＬＤ）−アドバンスド　ステート　フォー　テクニカル　アプリケーションズ−　オプト　アンド　クァンタム　エレクトロニクス　２７号（１９９５年）　１３８５頁。（Ｒ．Ｄｉｅｔｓｃｈ・ｅｔ・ａｌ．"ＰＵＬＳＥＤ・ＬＡＳＥＲ・ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（ＰＬＤ）−Ａｎ・Ａｄｖａｎｃｅｄ・Ｓｔａｔｅ・Ｆｏｒ・Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ・Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"、Ｏｐｔ．Ａｎｄ・Ｑｕａｎｔｕｍ・Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ２７（１９９５）、ｐａｇｅ１３８５）

　そこで本発明は、形成されたグラジエント層に対する残余波形の影響を減少させ、効率性を増加させ得る解決策を提供することを目的とする。

　この目的は、特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

　本発明によると、上記目的は、請求項１の特徴を備える装置、及び請求項１６による方法によって達成される。本発明の他の目的は、特にビーム形成特性を有するＸ線光学素子の形成に利用される、請求項２３に応じた有利な使用によって達成される。

　従属項に開示する特徴は、本発明の有利な形態及び改良を示す。

　本発明による解決策によれば、基板の表面は真空チャンバ内においてコーティングされる。ここで、コーティングに利用される粒子の流量は、粒子源から出発して、粒子源と基板との間に配置され、別々に配列された穿孔を備えるマスクを通じてコーティングされる基板の表面へ向かう。

　例えば、プラズマのソース、ターゲット及びバスケットは、粒子源として適切である。
　この場合、マスクは、板状で形成されるとともに略一定の厚さを有することが望ましい。

　この時、マスクと基板は、互いに相対的に移動する。このような移動は、少なくとも一つの軸に沿って振動式に発生する。しかし、コーティング工程の際に互いに直交するように配列される二つの軸に沿って振動式に移動するのも可能である。

　しかし、マスクのそれぞれの穿孔が、円形経路の動きを形成するように相対的な移動を円形経路で行うのも可能である。

　マスクと基板のこのような相対的な移動によって、残余波形が明確に減少できる（例えば、１０のファクターによって）。

　傾斜層の厚さは、マスクに別々形成されている穿孔の自由断面、及び単位面積当り中間ウェブ表面の比率の各変動により、本発明に使用されるマスクにより得られる。このような傾斜層の厚さは、全面にわたるが、全面又はただコーティングされる表面領域上にのみ同等な厚さのグラジエント層を形成するようにマスクの領域上に現れることができる。

　しかし、グラジエント層の厚さは、独立的に、又は基板の表面とマスクとの間の対応する変動により、前述の方式に加えて得られることもできる。したがって、例えば、マスクが基板表面側に傾斜した角度でななめに整列されるか、ななめに傾斜した基板表面が粒子の各流量に対して直交方向に整列されるマスクとともに使われ得る。

　しかし、マスクは、完全に又は凹及び凸形状の各領域においてのみ湾曲されることができる。

　一般に、同一の自由断面及び同一の断面形状のマスク内に別々に配置される穿孔を形成することが有利である。

　自由断面の穿孔は、円形、六角形、八角形又は楕円形に形成されることができる。

　穿孔が六角形又は八角形の断面形状を持つことによって、楕円形状のような延長された自由断面の穿孔を得るようにエッジの長さを同一でないように形成できる。特に、これは本発明によって使用されるマスクがななめに傾斜した角度で、又は各基板表面に対して湾曲形状を有するように整列される場合に望ましい。したがって、対応する穿孔における各傾斜角度は、粒子の流量の通過により補償され得る。

　頻繁に、単位面積当り中間ウェブ表面に対して、穿孔の自由断面の比率の変動を軸に沿って連続的に提供することが望ましいこともある。

　特に、この場合に、穿孔はマスク内に熱及び行配置に形成されることができる。この場合に、穿孔は隣接する行又は列において互いにジグザグ形状を持つことが適切である。

　このような比率は、例えばマスク表面の中心又は重力中心から始まって、その内側から放射状に外側に変化することもできる。

　しかし、自由断面の表面及び単位面積当り中間ウェブ表面の比率は、基板の表面がななめに傾斜した角度又は湾曲形状に整列することにより変動することもでき、よってマスクと基板表面との間に異なる距離を考慮しなければならない。

　マスクと基板との間の並進振動の移動は、穿孔の各行及び／又は列の整列と並列して遂行されなければならないことが望ましい。

　このような振動移動の際、逆転地点間の移動経路は、マスクの穿孔の表面の中心又は重力中心間の中心距離に対応しなければならない。

　しかし、マスクの個々の穿孔を維持する円形経路の移動の径については、同一の寸法を選択することもできる。

　コーティングに使用される粒子の流量は、公知のＣＶＤ方式又はＰＶＤ方式により真空状態において発生される。したがって、例えば、電子ビーム蒸着、ＰＬＤ方式及びイオン・サポート方式が採用されることができる。

　特に、マグネトロン・スパッタリング方式は、比較的大面積の均質なコーティングを得るのに適切である。

　連続方式の多層システムは、一般の真空チャンバ内において色々な粒子源の流量により形成されることができる。

　マスクと基板との間に採用される相対的な移動に加えて、回転軸に対する通常の回転を通じて順に有利に得られるプラズマ・ソース及び／又はターゲットに対して、基板とマスクとを共に付加的に移動させることも有利である。

　マスクと基板の相対的な移動については、最も異なる概念の推進方式が使われ得る。したがって、ギヤを含む従来の機械駆動方式、及び基板とマスクとの通常の移動のための駆動方式と結合されることもできる付加のギヤを具備しない従来の機械駆動方式を用いることができる。

　しかし、特に振動並進方式の相対的な移動において、場合によってはレバーシステムにより、逆転地点間の適切な経路を含む振動移動を具現する少なくとも一つの圧電素子（ピエゾ・アクチュエータ）を使用することが有利なこともある。

　本発明によれば、基板表面上に個々の層又は多層システムにおいてグラジエント層の厚さを、大部分は任意であるが、部分的には制限されるように形成することが可能である。０．２乃至１μｍの範囲の層厚さを実現できる。

　得られる残余波形は、Ｘ線反射による干渉が回避されるほど小さい。

　大部分異なる方式で形成された基板の表面は、傾斜形式でコーティングされ、これによって異なる軸に沿って整列される多様な層厚さを得ることができる。

　なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

　上記説明から明らかなように、本発明によればマスクと基板との相対的な移動によって、残余波形が明確に減少でき、対応する穿孔における各傾斜角度は、粒子の流量の通過により補償され得る。

　本発明によれば、基板表面上に個々の層又は多層システムにおいてグラジエント層の厚さを、大部分は任意であるが、部分的には制限されるように形成することが可能である。０．２乃至１μｍの範囲の層厚さを具現できる。得られる残余波形は、Ｘ線反射による干渉が回避されるほど小さい。大部分異なる方式で形成された基板の表面は、傾斜形式でコーティングされ、これによって異なる軸に沿って整列される多様な層厚さを得ることができる。

　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

　　図１において、基板ホルダー３’を備える基板３は、真空チャンバの例示を省略して示されている。

　コーティングされる基板３の表面へ向かう粒子の流れのターゲット４とコーティングされる基板３の表面との間において、図示されない駆動手段によって基板３に対して移動できる本発明によって採用されるマスク１が存在する。各々の往復振動運動は、図１の例示としてマスク１内に形成されている穿孔に適用される二重矢印と関連がある。

　マスク１を含む基板３は、ターゲット４を横切る基板ホルダー３’の回転軸に対する同時回転中に、そして左側に配置されている部分において見られるところのような粒子流れの影響の範囲内において基板ホルダー３’とともに移動される。

　望ましくない層の蒸着、即ち真空チャンバ内におけるプラズマ・ソースの影響を回避するために、粒子の流れがコーティングされる基板３の表面側に選択的に通過するのを保障するシールド５が存在する。

　この例において、基板３の表面側に穿孔を備えるマスク１間の距離は、約５ｍｍである。

　基板３に対して相対的に移動するマスク１の逆転地点間の移動経路は、２ｍｍに調整される。

　マスク１と共に基板３を備える基板ホルダー３’の前述された移動は、一定の層厚さの均質なコーティングが付加のマスク１を使用しなくて基板３の表面に形成されるように制御される。

　図２においては、本発明により使用されるマスク１の２種類の例が並んで示されている。

　この場合、左側のマスク１においては円形の穿孔２が形成され、右側のマスク１においては六角形の穿孔２が形成される。

　マスク１の２種類の例によれば、Ｘ方向の中間ウェブ表面に対する穿孔２の自由断面表面の比率は、連続的に減少される。

　左側の例においては、直列配置された穿孔２間の距離が左側から右側に大きくなり、右側の例においては、六角形の自由断面を有する穿孔２間のウェブ幅が同一軸の方向に大きくなっている。これによって、基板３の表面に衝突する粒子流れの電流密度がＸ軸の各方向において減少する結果を示し、このような比率の転移が連続的に起きるので、層の厚さもこれに対応して連続的に減少される。

　マスク１と基板３との間に遂行される相対的な移動によって、グラジエント層は、前述した通り残余波形をほとんど減少させながら均一に得られる。

　マスク１用の板状の材料はその最大厚さが１ｍｍであり、穿孔２はレーザー切断方式又は従来のスタンピングにより形成される。

　しかし、マスク１の厚さは、確実に１ｍｍ以下であることもあり、このような場合には金属箔を採用することが望ましい。このような箔はその強度を減少させるので、このような場合には、箔をフレームに締めることが有利である。

　図２に示されているマスクの例において、穿孔２は２ｍｍの径を有し、右側に示された例においては断面対角の長さが２ｍｍである。ここで、穿孔２の各ライン間の距離は、Ｘ軸方向に０．０５乃至０．１ｍｍの範囲で増加する。

　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

　上記説明から明らかなように、本発明によればマスクと基板との相対的な移動によって、残余波形が明確に減少でき、対応する穿孔における各傾斜角度は、粒子の流量の通過により補償され得る。

　本発明によれば、基板表面上に個々の層又は多層システムにおいてグラジエント層の厚さを、大部分は任意であるが、部分的には制限されるように形成することが可能である。０．２乃至１μｍの範囲の層厚さを具現できる。得られる残余波形は、Ｘ線反射による干渉が回避されるほど小さい。大部分異なる方式で形成された基板の表面は、傾斜形式でコーティングされ、これによって異なる軸に沿って整列される多様な層厚さを得ることができる。

本発明による装置の一例を示す概略図である。（実施例１） 本発明に採用できるマスクの２種類の例を示す図面である。（実施例２）

符号の説明

１：マスク
３：基板
３’：基板ホルダー
４：ターゲット

Claims (23)

1. 　コーティングされる基板の表面へ向かう、少なくとも一つのプラズマ・ソースから形成される粒子の流れ又は蒸着により、真空チャンバ内の基板上にグラジエント層を形成する装置であって、
   　別々に位置された穿孔を有するマスクは、粒子源と基板との間に配置され、
   　前記マスクは、一定の厚さを有し、平面上の前記基板に対して少なくとも一つの軸に沿って動く駆動手段により振動移動され、
   　前記マスク内に別々に存在する穿孔の自由断面と単位面積当り前記マスクの中間ウェブ表面との比率は、前記表面全体にわたって又は前記マスクの領域上で変化され、及び／又は
   　前記基板の表面と前記マスクとの間の距離は、表面領域の全体にわたってその大きさが異なることを特徴とする装置。
2. 　前記マスクの穿孔は、各々同一の自由断面及び断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 　前記穿孔の自由断面は、円形、六角形、八角形又は楕円形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 　前記穿孔の自由断面と前記単位面積当り中間ウェブ表面との比率は、少なくとも一つの軸に沿って連続的に変動されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の装置。
5. 　前記穿孔は、前記マスクにおいて列及び行の配置により形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の装置。
6. 　前記穿孔は、隣接した列又は行において互いにオフセットされて位置されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 　前記穿孔間の距離は、少なくとも一つの軸に沿って変動されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の装置。
8. 　前記基板の表面は、前記マスクに対して傾斜した角度でななめに整列され、及び／又は湾曲されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の装置。
9. 　湾曲された基板の表面において、前記穿孔の自由断面と前記単位面積当り中間ウェブ表面との比率は、前記基板表面と前記マスク間の距離、及び／又は前記基板表面と前記マスク間の傾斜を各々考慮することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の装置。
10. 　前記マスクは、前記基板の表面に対して傾斜した角度でななめに整列され、及び／又は湾曲されることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の装置。
11. 　前記振動移動の移動方向は、前記穿孔の行及び／又は列の各々に対して平行することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の装置。
12. 　前記プラズマ・ソースは、マグネトロン・スパッタリング・ソースであることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の装置。
13. 　前記基板と前記マスクは、前記プラズマ・ソース及び／又はターゲットに対して相対的にともに移動することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の装置。
14. 　前記基板と前記マスクは、共通回転軸について回転することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 　前記基板と前記マスク間の相対的な振動移動のための前記駆動手段は、少なくともピエゾ・アクチュエータであることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の装置。
16. 　粒子源と基板との間に位置され、穿孔を備えるマスクへ向かう、プラズマ・ソースから形成される粒子の流れ又はターゲット材料の蒸着により、真空チャンバ内の基板上にグラジエント層を形成する方法であって、
    　前記基板表面上に形成された層の局部的な厚さは、自由断面と単位面積当り中間ウェブ表面との所定の比率を局部的に採用し、前記基板表面と前記マスク間に特定距離を維持することによって限定され、
    　前記マスクは、一定の厚さを有し、平面上の前記基板に対して少なくとも一つの軸に沿って振動移動されることを特徴とする方法。
17. 　振動移動又は円形経路の移動の際、逆転地点間の移動経路は、前記穿孔の中心又は重力中心の平均距離に対応することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 　前記相対的な移動又は前記円形経路の移動は、前記マスクの平面上において行われることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の方法。
19. 　少なくとも二つの異なる層材料を有するグラジエント多層システムは、上記基板の表面上に形成されることを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれかに記載の方法。
20. 　重なって形成された一つ又はいくつかのグラジエント層は、上記基板の表面の所定領域上に形成されることを特徴とする請求項１６乃至請求項１９のいずれかに記載の方法。
21. 　前記層（層ら）は、マグネトロン・スパッタリングにより形成されることを特徴とする請求項１６乃至請求項２０のいずれかに記載の方法。
22. 　前記基板と前記マスクは、前記粒子源に対してともに移動することを特徴とする請求項１６乃至請求項２１のいずれかに記載の方法。
23. 　Ｘ線光学素子の形成のための、請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載による装置の用途。

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