JP2009030109A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い成膜速度と基材上の段差に対して十分なカバレッジ性を有する成膜方法及び装置構成が簡素で低コストな成膜装置を提供する。
【解決手段】 チャンバ内に、その周面に基材を配置することができるように構成された回転可能な回転ドラムと、前記基材に対向して配置されるマグネトロン磁気回路とを備え、前記マグネトロン磁気回路は、前記回転ドラムの接線方向に移動可能に構成されたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チャンバ内に配置されたターゲットをマグネトロンスパッタすることにより、基材上に薄膜を形成する成膜装置及び成膜方法に関するものである。

従来、基材上にスパッタリングされた金属を酸化することにより形成された金属酸化膜を交互に積層して高品位な光学薄膜を形成する方法が実用化されている。そして、成膜速度を高めるために、特許文献１に開示されるように回転自在のドラム上に基材を配置して、その周方向に沿って設けられた成膜ゾーンと酸化ゾーンにより金属膜の成膜と、酸化とを別々に行うことが行われている。
一方、前記基材Ａに配線Ｂ等を設けてアスペクト比が１程度の段差があるものに成膜Ｃを行う際に、図３に示すように段差の底側の周面に成膜されない部位Ｄがあることが問題となっていた。これは、スパッタされた粒子が基材に対して比較的狭い角度で入射することが原因である。
この問題に対して、特許文献２において開示されるように、基板ホルダを傾斜可能に構成して、基板へのスパッタ粒子の入射角度を広げるようにすることができる。
しかしながら、上述したように成膜速度を高めるために回転自在のドラムを採用した構成では、ドラム自体を傾斜可能に構成することは困難であり、装置構成が複雑で、且つ、コストがかかるという問題があった。

特開２００５−２０６８７５号公報 特開平１０−１２１２３７号公報（図１）

そこで、本発明は、高い成膜速度を有するとともに基材上の段差に対して十分なカバレッジ性を有する成膜方法と、同方法を簡素且つ低コストで実現可能な成膜装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討の結果、ターゲットに対向する位置に配置される基材を回転可能な回転ドラムによって搬送させ、マグネトロン磁気回路を回転ドラムの接線方向に移動可能にすることにより、比較的簡素な構成により、高い成膜速度と優れたカバレッジ性が得られるという知見に基づき、下記の解決手段を見出した。
即ち、本発明の成膜装置は、請求項１に記載の通り、チャンバ内に、その周面に基材を配置することができるように構成された回転可能な回転ドラムと、前記基材に対向して配置されるマグネトロン磁気回路とを備え、前記マグネトロン磁気回路は、前記回転ドラムの接線方向に移動可能に構成されたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の成膜装置において、前記マグネトロン磁気回路は、前記回転ドラムの軸方向に移動可能に構成されたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の成膜装置において、前記マグネトロン磁気回路の移動面と、前記回転ドラム上の１点とを結ぶ線が最短となるものを基準線として、前記マグネトロン磁気回路を、前記基準線から±３０°以上の範囲まで移動可能に構成されたことを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜装置において、前記チャンバ内において、前記マグネトロン磁気回路を備えた成膜装置を、前記回転ドラムの回転方向に沿って少なくとも２個設け、更に、イオンビーム源を設けたことを特徴とする。
また、本発明の成膜方法は、請求項５に記載の通り、チャンバ内において、回転可能な回転ドラムの周面に配置された基材に対して、マグネトロンスパッタにより前記基材に薄膜を形成する成膜方法であって、前記マグネトロンスパッタを行うためのマグネトロン磁気回路を、前記回転ドラムの接線方向に移動させることを特徴とする。
また、請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載の成膜方法において、前記マグネトロン磁気回路は、前記回転ドラムの軸方向に移動させることを特徴とする。
また、請求項７に記載の本発明は、請求項５又は６に記載の成膜方法において、前記マグネトロン磁気回路の移動面と、前記回転ドラム上の１点とを結ぶ線が最短となるものを基準線として、前記マグネトロン磁気回路を、前記基準線から±３０°以上の範囲まで移動させることを特徴とする。

本発明によれば、段差形状を有する薄膜に対して、カバレッジ性に優れた成膜を高速に行うことができる。

次に、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１に成膜装置の概略構成図を示す。
真空チャンバ１の略中央部には、基材支持手段を備えた回転ドラム２が配置され、その回転方向に順に、第１成膜ゾーン３、第２成膜ゾーン４及び酸化ゾーン５が配置される。
スパッタリングを行う第１成膜ゾーン３は、２台の電極からなるスパッタカソード６と、Ｔａ、Ｎｂ、ＴｉやＡｌ等から構成され、前記スパッタカソード６の回転ドラム２側に配置されるターゲット７と、前記スパッタカソード６に交流電圧を印加するためのＡＣ電源８と、Ａｒガス等を導入するためのＡｒガス導入系９から構成される。同様にスパッタリングを行う第２成膜ゾーン４は、２台の電極からなるスパッタカソード１０と、Ｓｉ等から構成されるターゲット１１と、前記スパッタカソード１０に交流電圧を印加するためのＡＣ電源１２と、第２成膜ゾーン４においてＡｒガス等を導入するためのガス導入系１３から構成される。尚、第１成膜ゾーン３と第２成膜ゾーン４において、ターゲット７，１１と回転ドラム２との間には、開閉自在のシャッター１７，１８が設けられる。また、酸化ゾーン５を構成するために、酸化プラズマ源１４が設置される。また、第１成膜ゾーン３と酸化ゾーン５の間には、アシスト源又はエッチング源として使用されるイオンビーム源１５及びそのための電源１６が配置される。

前記スパッタカソード６，１０は、図２に示すように、マグネトロン磁気回路１９，１９を備えており、このマグネトロン磁気回路１９，１９は、モーター等の駆動源により駆動されるギヤやリンク等の移動機構により、回転ドラム２の接線方向（ｘ方向）に移動可能となっている。

上記構成により、基材２０を保持した回転ドラム２を回転させ、第１の成膜ゾーン３によりＡｌ等の金属薄膜を成膜し、酸化ゾーン５により酸化して金属酸化膜とし、その後、イオンビーム源１５によりエッチングを行う。次に、第２の成膜ゾーン４においてＳｉ等の金属薄膜を積層し、酸化ゾーン５により酸化して金属酸化膜とする。これらの工程を繰り返すことにより、所望の光学薄膜を基材上に形成する。
前記第１の成膜ゾーン３における成膜、或いは、第２の成膜ゾーン４における成膜の際に、マグネトロン磁気回路１９，１９を回転ドラム２の接線方向に移動させることにより、回転ドラム２に保持された基材１７への原子の入射角を広げることが可能となるため段差形状基板に対して成膜のカバレッジ性を高めることが可能となる。また、ターゲット７や１１を効率的に使用することができるため経済的となる。

前記マグネトロン磁気回路１９，１９は、回転ドラム２の接線方向（ｘ方向）のみに移動できるように構成しているが、回転ドラム２の軸方向（ｙ方向：図示せず）にも移動できるようにすることが好ましい。原子の基材２０への入射方向を１次元方向だけでなく、２次元方向においても広げることができ、しかも、ターゲット７や１１を有効利用できるからである。更にマグネトロン磁気回路１９を、図２に示すように回転ドラム２の方向（ｚ方向）にも移動できるように構成してもよい。尚、本明細書において、接線方向及び軸方向は、厳密にその方向のみに限定するものでなく、ある程度の幅をもって規定される。

前記マグネトロン磁気回路１９，１９の移動範囲は、ターゲット７及び１１の背面となる範囲内であれば特に制限するものではないが、図２に示すように、マグネトロン磁気回路１９，１９の移動面Ｓと、回転ドラム２上の１点とを結ぶ線が最短距離となる線を基準線Ｖとして、この基準線Ｖから±３０°以上の範囲にマグネトロン磁気回路１９，１９の一部が入ることができるように構成することが好ましい。基材２０へのスパッタリングされた原子の入射角度が６０°以上確保され、段差部への成膜性が優れるからである。尚、段差部の例としては、例えば、基材２０上に形成された配線を貫通する孔等が挙げられ、その孔径は１０〜１００μｍ程度、深さは１００μｍ程度、アスペクト比としては、１〜１０程度のものがある。また、図示した例はダブルカソードであるが、シングルカソードの場合であっても同様の範囲とすることができる。
また、マグネトロン磁気回路１９の回転ドラム２の接線方向への移動速度については、回転ドラム２の回転速度よりも十分に遅いことがが好ましい。

また、本発明において成膜に使用する原子としては、上記例示した以外に、Ｍｇ，Ｓｂ、Ｚｒ，Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｃｅ等を使用することができる。
また、本発明における成膜速度は、特に制限するものではないが、ＳｉＯ_２では３〜７Å／ｓｅｃ程度、Ｎｂ_２Ｏ_５では１〜５Å／ｓｅｃ程度とすることができる。

本発明は、光学薄膜の分野をはじめとして、広く成膜の分野において利用可能である。

本発明の一実施の形態の成膜装置の概略説明図 同実施の形態におけるマグネトロン磁気回路についての説明図 背景技術についての説明図

符号の説明

１ 真空チャンバ
２ 回転ドラム
３ 第１成膜ゾーン
４ 第２成膜ゾーン
５ 酸化ゾーン
６ スパッタカソード
７ ターゲット
８ ＡＣ電源
９ ガス導入系
１０ スパッタカソード
１１ ターゲット
１２ ＡＣ電源
１３ ガス導入系
１４ 酸化プラズマ源
１５ イオンビーム源
１７ シャッター
１８ シャッター
１９ マグネトロン磁気回路
２０ 基材

Claims (7)

1. チャンバ内に、その周面に基材を配置することができるように構成された回転可能な回転ドラムと、前記基材に対向して配置されるマグネトロン磁気回路とを備え、前記マグネトロン磁気回路は、前記回転ドラムの接線方向に移動可能に構成されたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記マグネトロン磁気回路は、前記回転ドラムの軸方向に移動可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記マグネトロン磁気回路の移動面と、前記回転ドラム上の１点とを結ぶ線が最短となるものを基準線として、前記マグネトロン磁気回路を、前記基準線から±３０°以上の範囲まで移動可能に構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
4. 前記チャンバ内において、前記マグネトロン磁気回路を備えた成膜装置を、前記回転ドラムの回転方向に沿って少なくとも２個設け、更に、イオンビーム源を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜装置。
5. チャンバ内において、回転可能な回転ドラムの周面に配置された基材に対して、マグネトロンスパッタにより前記基材に薄膜を形成する成膜方法であって、前記マグネトロンスパッタを行うためのマグネトロン磁気回路を、前記回転ドラムの接線方向に移動させることを特徴とする成膜方法。
6. 前記マグネトロン磁気回路は、前記回転ドラムの軸方向に移動させることを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
7. 前記マグネトロン磁気回路の移動面と、前記回転ドラム上の１点とを結ぶ線が最短となるものを基準線として、前記マグネトロン磁気回路を、前記基準線から±３０°以上の範囲まで移動させることを特徴とする請求項５又は６に記載の成膜方法。

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