JP7433884B2 - 成膜装置およびそれを用いた成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材に複数の材料からなる多層膜を、スパッタ法を用いて形成するための成膜装置および成膜方法に関する。

基材の表面に、互いに屈折率が異なる複数の層からなる多層膜を形成して光の反射を抑制する技術は、様々な分野で広く用いられている。例えば、撮像装置では、光学系での反射光に起因して生じるゴーストやフレアを低減するため、光学系を構成する光学素子の表面に多層膜が形成される。

特許文献１には、同一真空内を水平方向に仕切り、仕切られた空間ごとに互いに材質が異なるターゲットが設置されるスパッタリング装置が開示されている。被成膜基材は水平方向に搬送され、それぞれのターゲットにて順に成膜がおこなわれ、多層膜が形成される。

特開２００９－２９９１５６号公報

特許文献１の成膜装置では、水平方向に層数に応じて複数のターゲットが配置される。そのため、多層膜を構成する材質の種類、あるいは層数に応じた数の分だけ大型化してしまう。装置が大型化するとフットプリント（床面積）が増え、建物の建築面積も増大してしまう。

上記課題を解決するため、本発明にかかる成膜装置は、チャンバと、鉛直方向に昇降可能な基材支持部と、ターゲットが設置される複数のカソード部と、を備える成膜装置であって、前記チャンバは、開口を有する隔壁によって複数の空間に仕切られており、前記基材支持部は、前記仕切りを通って前記複数の空間の間を移動可能であり、前記複数のカソード部は、前記複数の空間に分けて配置されている、ことを特徴とする。

また、本発明にかかる成膜方法は、チャンバと、鉛直方向に昇降可能な基材支持部と、ターゲットが設置される複数のカソード部と、を備え、前記チャンバが開口を有する隔壁によって複数の空間に仕切られており、前記基材支持部が前記仕切りを通って前記複数の空間の間を移動可能であり、前記複数のカソード部が前記複数の空間に分けて配置されている成膜装置を用いた成膜方法であって、前記基材支持部に基材を設置する工程と、前記複数の空間のうち第１の空間に前記基材を設置して成膜を行う工程と、前記複数の空間のうち前記第１の空間とは別の空間に前記基材を移動させて成膜を行う工程と、を有することを特徴とする。

本発明の成膜装置を用いることによって、多層膜を形成する成膜装置の小型化を実現し、それを納める建物の建築面積の増大を抑制することができる。

第１の実施形態にかかる成膜装置の概略を示す図であって、チャッキングが上空間の成膜位置にある状態を示す図である。 第１の実施形態にかかる成膜装置の概略を示す図であって、チャッキングが下空間の成膜位置にある状態を示す図である。 （ａ）はシャッターの斜視図、（ｂ）はシャッターを軸Ｐに沿った方向からみたときのレイアウトを示す図である。 シャッターの種々の状態を示す図である。 第２の実施形態にかかる成膜装置の概略を示す図である。 第３の実施形態にかかる成膜装置の概略を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、配置、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、限定的な記載がない限りは、目的に応じて適宜変更することができる。

（第１の実施形態）
図１および図２は、成膜装置１００の概略構成の鉛直方向の断面を示す図である。成膜装置１００は、チャンバ１内を鉛直方向に複数の空間に仕切り、各空間にターゲットを設置することで、小さな床面積で多層膜を形成することを可能とする。

まず、成膜装置１００について説明した後、多層膜の成膜手順について説明する。

図１、２では、成膜装置１００が備えるチャンバ１の内部が円形状の開口を有する隔壁１２によって鉛直方向に２つに仕切られており、隔壁１２で仕切られたそれぞれの空間にカソード部２ａ、２ｂを有している。さらに、被成膜基材（以下、基材と記述する）４を支持するチャッキング（基材支持部）５と、チャッキング５の回転および鉛直方向の位置を制御する回転昇降機構１０を有している。チャッキング５は、鉛直方向に延びる軸Ｐを中心とする回転が可能となっている。以下、鉛直方向において、チャンバの隔壁１２より上側の空間を上空間、隔壁１２より下側を下空間と呼ぶ。

チャッキング５には、板１３が支持軸１４を介して取り付けられており、支持軸１４の中心軸はチャッキング５の軸Ｐと一致している。板１３の中心は、軸Ｐの延長上にあることが好ましい。板１３および支持軸１４は、チャッキング５の昇降と連動して位置が上下するが、チャッキング５の回転駆動とは切り離されており、回転しない構造となっている。

チャッキング５の直径は、隔壁１２の開口径（開口の直径）よりも小さく設計されており、開口を通って隔壁１２で仕切られた空間のどちらにも移動可能となっている。図１は、チャッキング５が上空間の成膜位置にある場合、図２は、チャッキング５が下空間の成膜位置にある場合を示している。図１に示されるように、チャッキング５を上空間の成膜位置に固定されると、板１３が隔壁１２の開口にはまり込むように、支持軸１４の長さおよび板１３の形状が設定されている。つまり、鉛直方向で互いに隣接する空間の上側で成膜を行う際に、板１３が隔壁１２の開口にはまり込むため、隣接する空間と分離することができる。そして、図２に示されるように、チャッキング５を下空間の成膜位置に固定されると、チャッキング５自体が隔壁１２の開口をほぼ塞ぐように設計されている。従って、上空間と下空間を独立した成膜空間として利用することが可能となる。

チャンバ１の内部には、さらに、シャッター回転機構１５によって、チャッキング５と同じ軸（軸Ｐ）を中心とする回転操作が可能なシャッター１１が設けられている。図３（ａ）にシャッター１１の斜視図、図３（ｂ）にシャッター１１を軸Ｐの方向からみた図を示す。

図３（ａ）に示すように、シャッターは、底部１１１と、底部１１１から鉛直方向に立ち上がった遮蔽部１１２とを有している。遮蔽部１１２は、鉛直方向にチャッキング５が可動できる範囲を囲む円筒を、鉛直方向に一部切り欠いた形状となっており、図３（ｂ）に示すように、軸Ｐに沿う方向からみると円弧状になっている。シャッター１１の外径（底部１１１の直径）Ｒ_２は、隔壁１２の開口径Ｒ_１よりも小さく、シャッターの内径（遮蔽部１１２を含む円筒の内径）Ｒ_３は、チャッキング５の直径Ｒ_４よりも大きくなっている。そして、遮蔽部１１２の弦Ｓは、ターゲット２１ａおよび２１ｂの回転軸方向の長さよりも長い。なお、チャッキング５、板１３、シャッターの底部１１１、および開口は、円形状が好ましいが、円に近い多角形であってもよい。

シャッター１１とチャッキング５との間にできる隙間の最大寸法（Ｒ_３－Ｒ_４）／２、および開口において板１３と隔壁１２との間にできる隙間の最大寸法（Ｒ_１－Ｒ_２）／２は、いずれもスパッタ粒子の平均自由工程未満とすることが好ましい。このような構成とすることで、上空間と下空間との間でスパッタ粒子が行き来するのを抑制することができ、ターゲット２１ａ（２１ｂ）による成膜の際にスパッタ粒子がターゲット２１ｂ（２１ａ）の表面に付着するのを防ぐことができる。また、軸Ｐに沿う方向における遮蔽面１１２の鉛直方向の長さを、軸Ｏ_２ａと軸Ｏ_２ｂとの鉛直方向における距離とターゲット２１ａの半径と２１ｂの半径との和より長くすると、カソード部と対向するチャンバ１の内壁への着膜を低減することができる。

カソード部２ａ、２ｂは、不図示の駆動機構に接続されており、軸Ｐと空間的にねじれの位置にある軸を中心に回転可能なロータリーカソードである。具体的には、上空間に設けられたカソード部（第１のカソード部）２ａは、軸Ｏ_２ａ（第２の軸）を中心に回転することができ、下空間に設けられたカソード部（第２カソード部）２ｂは、軸Ｏ_２ｂ（第３の軸）を中心に回転可能となっている。軸Ｏ_２ａと、軸Ｏ_２ｂそれぞれと軸Ｐ（第１の軸）とのなす角は、９０°が好ましい。図１（ａ）では軸Ｏ_２ａと軸Ｏ_２ｂとが平行に設けられているが、これに限定されるものではない。

カソード部２ａ、２ｂには、ターゲット２１ａまたは２１ｂが表面にボンディングされた円筒状のバッキングチューブ２２ａまたは２２ｂが設置される。ターゲット２１ａ、２１ｂは、軸Ｏ_２ａ、軸Ｏ_２ｂを中心に個別に回転を制御することができる。１つのチャンバ内で複数種類の層を形成する場合は、カソード部２ａ、２ｂに互いに異なる材質からなるターゲット２１ａ、２１ｂが設置される。

カソード部２ａ、２ｂは、設置したバッキングチューブ２２ａ、２２ｂによって覆われる範囲内に、軸Ｏ_２ａ、Ｏ_２ｂそれぞれを中心に、バッキングチューブとは独立して回転可能なマグネットケースシャフト２３ａ、２３ｂが設けられている。マグネットケースシャフト２３ａ、２３ｂの内部には、マグネット２４ａ、２４ｂが設けられており、マグネットケースシャフト２３ａ、２３ｂによってマグネット２４ａ、２４ｂの位置を変更することができる。マグネット２４ａ、２４ｂは、極性の異なるマグネット対を含んでおり、マグネット２４ａ、２４ｂによって、ターゲット２１ａ、２１ｂの表面に磁場が生成される。この磁場によって、プラズマがターゲット２１ａ、２１ｂの表面に引き付けられ、効率よく成膜を行うことが可能となっている。

カソード部２ａ、２ｂには、切替え器１６を介してＡＣ電源６が接続されており、プラズマ放電を生起させるための電力を供給することができる。なお、電力を供給する電源は、ＡＣ電源に限定されるものではなく、例えばＤＣパルス電源をカソード部ごとに備える構成であってもよい。

チャンバ１は密閉することができ、排気装置８ａ、８ｂにより内部の気体を排気することによって、チャンバ１内を負圧状態に維持することが可能である。チャンバ１内の圧力は、ガス供給部７ａもしくは７ｂから供給するガスの供給量の制御と排気装置８ａ、８ｂの排気口の開閉度によって、調整することができる。排気装置８ａとガス供給部７ａはチャンバの上空間に接続されており、排気装置８ｂとガス供給部７ｂはチャンバの下空間に接続されているが、チャンバ１内の圧力が制御できれば、このような構成に限定されるものではない。

図１および図２では、ガス供給部７ａ、７ｂが、プロセスガス供給ライン７２ａ、７２ｂと反応性ガス供給ライン７４ａ、７４ｂとを備えている。プロセスガスは、スパッタリングに必要なイオンを供給することができれば、どのようなガス種であってもよいが、Ａｒガスが広く用いられる。反応性ガスは、反応性モードもしくは遷移モードで、スパッタリングを行う場合に供給される。例えば、金属のターゲットの材料表面を酸化させながら成膜を行う場合は、反応性ガスとしてＯ_２ガスが供給される。反応性スパッタリングを行わない装置では、反応性ガス供給ライン７４ａ、７４ｂを省略することもできる。あるいは、基材４に膜を形成し、後にから膜を反応させる場合、反応が酸化反応の場合は、反応性ガス供給ライン７４ａ、７４ｂの供給口を基材４近傍に配置して酸素ラジカルを含むガスを供給することもできる。それぞれのガスの供給量は、ガス供給部７が備えるバルブ７１ａ、７３ａ、７１ｂ、７３ｂを制御して調整される。

反応性スパッタリングを行う装置の場合は、ターゲット２１ａ、２１ｂの表面で生じるプラズマの発光輝度を検出してバルブ７１ａ、７３ａ、７１ｂ、７３ｂを制御する、プラズマエミッションモニター（ＰＥＭ）を設けると良い。

続いて、材質Ａと材質Ｂの２種類の膜からなる多層膜を成膜する例について説明する。従って、カソード部２ａには材質Ａのターゲット２１ａ、カソード部２ｂには材質Ｂのターゲット２１ｂが設置されているとする。

＜基材の設置＞
装置外であらかじめ基材ホルダ３に基材４がセッティングされ、チャンバ１が備える搬入口から、基材ホルダ３ごと装置内に搬入される。図４（ａ）に、基材ホルダ３をチャッキング５に設置する際の、天板側からチャンバ１内を見たときのターゲット２１ａ、チャッキング５、シャッター１１、隔壁１２の開口の配置を示す。破線で示した円が隔壁１２の開口を示し、矢印で示す部分が搬入口Ｅである。シャッター１１は、遮蔽部１１２が搬入口Ｅとは反対側に移動し、基材ホルダ３をチャッキング５に設置する動作を妨げない状態（状態１）に制御される。

チャッキング５は、チャンバ１の天板に設置されており、基材を所定の位置で支持することが可能な構造を有している。図１、２に示すチャッキング５は、基材４が設置される基材ホルダ３を支持することができる。このような構造を採用することにより、外部であらかじめ基材ホルダ３に基材４を設置してから、基材ホルダ３ごと搬送口（不図示）からチャンバ１内に搬入し成膜位置に設置することができ、作業性に優れる。ただし、基材４を支持する機構は、図に示したチャッキング５に限定されるものではなく、基材４を直接支持する構成であってもよいし、基材を斜めに支持するものであってもよい。また、図１（ａ）では複数の基材４を支持しているが、１枚の基材４を支持する構成であってもよい。

チャッキング５は、回転昇降機構１０に接続されており、軸Ｐ（第１の軸）を中心とした回転動作と、軸Ｐに沿った方向における昇降動作を行うことができる。チャッキング５に基材ホルダ３を支持させる動作を補助するため、回転昇降機構１０にチャッキング５を揺動させる機構を追加しても良い。

チャッキング５で支持された基材が上空間での成膜位置となる位置に制御されたときに、板１３によって隔壁１２の開口をほぼ塞げるように、支持軸１４の長さが決められている。そのため、基材が上空間の成膜位置にあるときは、板１３によって上空間と下空間とはほぼ分離された状態となる。

＜上空間での成膜＞
基材ホルダ３をチャッキング５に設置し終えると、搬入口Ｅが閉じられ、排気装置８ａ、８ｂによりチャンバ１内が排気される。膜厚ばらつきを低減するために、成膜を開始するまでの適当なタイミングで、チャッキング５の回転が開始される。また、カソード部２ａに電力を供給する前に、遮蔽部１１２をターゲット２１ａ側に移動させ、ターゲット２１ａから基材４に向かうスパッタ粒子を遮る状態（状態２）となるようにシャッター１１が制御される。この時の遮蔽部１１２の状態を図４（ｂ）に示す。

チャンバ１内が所定の圧力まで減圧されると、ガス供給部７ａ、７ｂからプロセスガスと反応性ガスが供給され、圧力が調整される。所定の圧力に到達すると、ターゲット２１ａを回転させるとともにＡＣ電源から電力が供給されてターゲット２１ａの表面にプラズマが生起し、プリスパッタリングが行われる。図４（ｂ）に示すように、シャッター１１の遮蔽部１１２をターゲット２１ａ側に移動さているため、プリスパッタ時のスパッタ粒子は遮蔽部１１２によって遮られ、基材４に質の低い膜が形成されるのを抑制することができる。

所定の時間プリスパッタリングを行うと、プラズマを生成させたままの状態で、遮蔽部１１２が、スパッタ粒子が基材４に到達するのを邪魔しない図４（ｃ）の状態（状態３）となるように移動され、材質Ａからなる膜の成膜が開始される。遮蔽部１１２の移動がターゲット２１ａの表面に生起したプラズマや成膜に影響を与えないようにするため、シャッター１１の電位はフローティングとなっている。

材質Ａからなる膜の膜厚が所定の厚さに到達すると、シャッター１１が状態２となるように制御されて成膜が終了し、ターゲット２１ａへの電力供給も停止される。

＜下空間での成膜＞
次に、チャッキング５を下空間における成膜位置まで降下させる。チャッキング５が所定の位置に固定され、ターゲット２１ｂのプリスパッタリングが完了したタイミングで、シャッター１１が状態３に制御され、材質Ｂからなる膜の成膜が開始される。

材質Ｂの膜の膜厚が所定の厚さに達すると、シャッター１１が状態２となるように制御され、ターゲット２１ａへの電力供給が停止されてターゲット２１ｂによる成膜が終了する。

材質Ａと材質Ｂの膜を複数堆積させる場合は、層数に応じてチャッキング５を上空間と下空間との間を移動させ、それぞれの空間で成膜が行われる。

必要な層数の成膜が完了すると、反応ガスおよびプロセスガスの供給が停止され、チャンバ１のパージが行われる。チャンバ１内が大気圧に戻るとシャッター１１が状態１に制御され、基材ホルダ３ごと基材４が搬入口Ｅから取り出される。

以上説明したように、本発明にかかる成膜装置によれば、チャンバ内を鉛直方向に複数に仕切り、それぞれにターゲットを配置することによって、従来の装置よりもフットプリントの小さな装置で、複数種類の膜からなる積層膜を形成することが可能となる。

ただし、本発明の成膜装置は、ターゲット設置部２ａ、２ｂに同じ材質のターゲットを設置して用いることもできる。その場合、多層膜を形成することはできないが、一方のターゲットが消耗したり、異常放電などの不具合が生じた場合に、ターゲット交換をすることなく他方のターゲットを用いて成膜を続けることができる。

また、ロータリーカソードを設ける装置構成について説明したが、平板カソードを設ける構成であってもかまわない。

また、チャンバを鉛直方向に２つに仕切る構成について説明したが、同様の考え方で、２つ以上に仕切る構成も可能である。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、上空間と下空間にターゲットを１つずつ設置する構成を説明したが、本実施例ではそれぞれの空間にターゲットを２つ設置する場合について説明する。

図５に本実施形態にかかる成膜装置の概略図を示す。図５では、チャッキング５が上空間の成膜位置にある状態を実線、チャッキング５が下空間の成膜位置にある状態を点線で示している。図５に示す装置は、半開角（レンズの光軸と、有効径におけるレンズ凹面または凸面の法線とがなす角）の大きなレンズ表面への成膜に好適である。基本的な構成は図１と同様であるため、異なる点を中心に説明し、図１と共通する構成やレイアウトなどについては、説明を省略する場合がある。

図５の装置は、隔壁１２により鉛直方向に仕切られた上空間にカソード部６２ａ、６２ｂ、下空間に６２ｃ、６２ｄが設けられている。カソード部６２ａ～６２ｄは、不図示の駆動機構に接続されており、それぞれチャッキング５の回転中心である軸Ｐ（第１の軸）と空間的にねじれの位置にある軸Ｏ_６２ａ～Ｏ_６２ｄを中心に回転させることができる。軸Ｏ_６２ａ（第２の軸）と軸Ｏ_６２ｂ（第３の軸）は互いに平行であり、軸Ｏ_６２ｃ（第４の軸）と軸Ｏ_６２ｄ（第５の軸）は互いに平行になっている。図５では、軸Ｏ_６２ａと軸Ｏ_６２ａとが互いに平行になるように設けているが、これに限定されるものではない。

また、カソード部６２ａ～６２ｄの配置も、これに限定されるものではない。上空間にチャッキング５をはさんでカソード部６２ａとカソード部６２ｂを配置し、下空間にチャッキング５をはさんでカソード部６２ｃとカソード部６２ｄを配置する構成であってもよい。

第１の実施形態のカソード部と同様に、カソード部６２ａ～６２ｄには、それぞれバッキングチューブ６２２ａ～６２２ｄが設置される。バッキングチューブ６２２ａ～６２２ｄには、ターゲット６２１ａ～６２１ｄがボンディングされている。また、カソード部６２ａ～６２ｄは、それぞれマグネットケースシャフト６２３ａ～６２３ｄを備えており、マグネットケースシャフトの内部には、マグネット６２４ａ～６２４ｄが設けられている。バッキングチューブ６２２ａ～６２２ｄおよびマグネットケースシャフト６２３ａ～６２３ｄは、それぞれ軸Ｏ_６２ａ～Ｏ_６２ｄを中心に独立して回転が可能な構造となっている。

カソード部６２ａと６２ｂには同じ材質のターゲット６２１ａ、６２１ｂが設置され、カソード部６２ｃと６２ｄには同じ材質のターゲット６２１ｃ、６２１ｄが設置される。異なる種類の成膜材料からなる膜を重ねて多層を形成する際には、ターゲット６２１ａおよび６２１ｂと、６２１ｃおよび６２１ｄとを、互いに異なる材質にするとよい。

半開角の大きな基材に対して、面内の膜厚均一性が高い膜を形成するためには、カソード部６２ａ～６２ｄを、所定の条件を満たすように設計および配置することが好ましい。具体的な条件は以下の通りである。チャッキング５と基材ホルダ３が上空間の成膜位置にある状態において、鉛直方向における、軸Ｏ_６２ａと基材ホルダ３の基材支持面との距離Ｍａと、軸Ｏ_６２ｂと基材支持面との距離Ｍｂとが、Ｍａ＜Ｍｂを満たす。そして、水平方向における、軸Ｏ_６２ａとチャッキング５の回転中心である軸Ｐとの距離Ｌａと、軸Ｏ_６２ｂと軸Ｐとの距離Ｌｂとが、Ｌａ＞Ｌｂの関係を満たす。また、チャッキング５と基材ホルダ３が下空間の成膜位置（図５の点線で示す位置）にある状態において、鉛直方向における、軸Ｏ_６２ｃと基材ホルダ３の基材支持面との距離Ｍｃと、軸Ｏ_６２ｄと基材支持面との距離Ｍｄとが、Ｍｃ＜Ｍｄの関係を満たす。そして、水平方向における、軸Ｏ_６２ｃと軸Ｐとの距離Ｌｃと、軸Ｏ_６２ｄと軸Ｐとの距離Ｌｄとが、Ｌｃ＞Ｌｄの関係を満たす。

さらに、Ｌａの距離は、チャッキング５の半径と、ターゲット６２１ａの半径との和以上、Ｌｂの距離は、チャッキング５の半径と、ターゲット６２１ｂの半径との和以上、であることが好ましい。ＬｃおよびＬｄも、Ｌａ、Ｌｂと同様の条件を満足することが好ましい。

カソード部６２ａ～６２ｄには、ＡＣ電源６が、切替え器１６を介して接続されており、プラズマを生起させるための電力をターゲット６２１ａと６２１ｂの組、もしくは６２１ｃと６２１ｄの組のどちらか一方に供給することができる。なお、電力を供給するＡＣ電源６は、切替え器１６を介した構成に限定されるものではなく、またＡＣ電源以外を採用することも可能である。例えば、ＤＣパルス電源を採用する場合は、切替え器１６を介さず、ターゲット２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのそれぞれに電力を供給できるように、４台の電源を設けると良い。

シャッター１１の遮蔽部１１２の弦を、ターゲット６２１ａ～６２１ｄの軸Ｏ_６２ａ～Ｏ_６２ｄに沿った方向の長さのいずれよりも長くしておくとよい。また、遮蔽部１１２の鉛直方向の長さを、軸Ｏ_６２ａと軸Ｏ_６２ｄとの距離とターゲット６２１ａの半径とターゲット６２１ｄの半径との和より長くすると、カソード部と対向するチャンバ１の内壁への着膜を低減することができる。

以下、図５の装置を用いて、半開角の大きなレンズに成膜を行う手順について説明する。カソード部６２ａ、６２ｂには、材質Ａのターゲット６２１ａ、６２１ｂが設置され、カソード部６２ｃ、６２ｄには、材質Ｂのターゲット６２１ｃ、６２１ｄが設置されているとする。

＜基材の設置＞
基材の設置は、第１の実施形態と同様に行うことができる。

＜上空間での成膜＞
成膜開始前に、予め作成しておいたデータベースに基づいて、基材４に均一な膜を形成するのに最適なマグネット６２４ａ、６２４ｂの位置を算出し、算出結果に基づいてマグネット６２４ａ、６２４ｂの位置が調整される。マグネット６２４ａ、６２４ｂの位置の調整も、この時同時に行っておくとよい。

基材４の設置が完了すると、チャッキング５の回転が開始され、シャッター１１が状態２となるように制御される。搬入口が閉じられ、チャンバ１内が排気される。

チャンバ１内が所定の圧力まで減圧されると、プロセスガスと反応性ガスが供給され、所定の圧力に到達すると、カソード部６２ａおよび６２ｂにＡＣ電源６から交互に電力が供給され、プリスパッタリングが行われる。

プリスパッタリングが終了すると、シャッター１１が状態３となるように制御され、材質Ａからなる膜の成膜が開始される。

基材４上に形成された膜が所定の厚さに到達すると、状態２となるようにシャッター１１が制御され、ターゲット６２１ａ、６２１ｂへの電力供給が停止されて成膜が終了する。

＜下空間での成膜＞
チャッキング５を下空間での成膜位置まで降下させる。チャッキング５が所定の位置で固定され、ターゲット６２１ｃ、６２１ｄのプリスパッタリングが終了したタイミングで、シャッター１１が状態３となるように制御され、材質Ｂからなる膜の成膜が開始される。

材質Ｂの膜が所定の厚さに達すると、シャッター１１が状態２となるよう制御され、ターゲット６２１ｃ、６２１ｄへの電力供給が停止されて成膜が終了する。

材質Ａと材質Ｂの膜を複数堆積させる場合は、層数に応じてチャッキング５を上空間と下空間との間を移動させ、それぞれの空間で成膜を行うとよい。

本実施例にかかる装置を用いれば、フットプリントの小さな装置で、半開角の大きな基材に、面内の膜厚が均一な多層膜を形成することが可能となる。

（第３の実施形態）
図６は、本実施形態にかかる成膜装置の鉛直方向の断面を示す図である。第２の実施形態にかかる成膜装置がカソード部を２組（４基）備えていたのに対し、本実施形態にかかる成膜装置は、カソード部７２ａ～７２ｈを４組（８基）備えている。カソード部７２ａおよび７２ｂと、７２ｅおよび７２ｆとの間、または、カソード部７２ｃおよび７２ｄと、７２ｇおよび７２ｈとの間に、隔壁を追加すれば、最大で３種類の膜の成膜が可能となる。また、カソード部７２ａおよび７２ｂと、７２ｅおよび７２ｆとの間、および、カソード部７２ｃおよび７２ｄと、７２ｇおよび７２ｈとの間に、隔壁を追加すれば、最大で４種類の膜の成膜が可能となる。

基本的な構成は図５と同様であるため、異なる点を中心に説明し、図５と共通する構成やレイアウトなどについては、説明を省略する場合がある。

図６の装置は、隔壁１２により鉛直方向に仕切られた上空間にカソード部７２ａ、７２ｂ、７２ｅ、７２ｆが設けられ、下空間にカソード部７２ｃ、７２ｄ、７２ｇ、７２ｈが設けられている。カソード部７２ａ～７２ｈは、不図示の駆動機構に接続されており、それぞれはチャッキング５の回転中心である軸Ｐ（第１の軸）と空間的にねじれの位置にある軸Ｏ_７２ａ～Ｏ_７２ｈを中心に回転させることができる。軸Ｏ_７２ａ（第２の軸）と軸Ｏ_７２ｂ（第３の軸）、軸Ｏ_７２ｃ（第４の軸）と軸Ｏ_７２ｄ（第５の軸）、軸Ｏ_７２ｅ（第６の軸）と軸Ｏ_７２ｆ（第７の軸）、軸Ｏ_７２ｇ（第８の軸）と軸Ｏ_７２ｈ（第９の軸）は、それぞれ互いに平行に設けられている。図６では、軸Ｏ_７２ａ、軸Ｏ_７２ｃ、軸Ｏ_７２ｅ、軸Ｏ_７２ｇが互いに平行になっているが、これに限定されるものではない。

第一の実施形態のカソード部と同様に、カソード部７２ａ～７２ｈには、それぞれバッキングチューブ７２２ａ～７２２ｈが設置される。バッキングチューブ７２２ａ～７２２ｈには、ターゲット７２１ａ～７２１ｈがそれぞれボンディングされている。また、カソード部７２ａ～７２ｈは、それぞれマグネットケースシャフト７２３ａ～７２３ｈを備えており、各マグネットケースシャフトの内部には、マグネット７２４ａ～７２４ｈが設けられている。バッキングチューブ７２２ａ～７２２ｈおよびマグネットケースシャフト７２３ａ～７２３ｈは、それぞれ軸Ｏ_７２ａ～Ｏ_７２ｈを中心に独立して回転が可能な構造となっている。

各カソード部には、第１の実施形態と同様に、切替え器１６を介してＡＣ電源６が接続されている。電力の供給は、切替え器１６により、ターゲット７２１ａと７２１ｂの組、７２１ｃと７２１ｄの組、７２１ｅと７２１ｆの組、７２１ｇと７２１ｈの組のいずれか一つの組に行うことができる。

カソード部７２ａと７２ｂの組、７２ｃと７２ｄの組、７２ｅと７２ｆの組、７２ｇと７２ｈの組には、それぞれ同じ材質のターゲットが設置される。異なる材質の膜を重ねて多層を形成する場合には、カソード設置組ごとに互いに異なる材質のターゲットを設置すると良い。

本実施形態の装置も、半開角の大きなレンズへの成膜に適しており、半開角の大きなレンズに、面内の膜厚均一性が高い膜を形成するためには、カソード部７２ａ～７２ｈを、所定の条件を満たすように設計および配置することが好ましい。具体的には、以下の通りである。チャッキング５と基材ホルダ３が上空間の成膜位置にある状態において、鉛直方向における、軸Ｏ_７２ａと基材ホルダ３の基材支持面との距離Ｍａと、軸Ｏ_７２ｂと基材支持面との距離Ｍｂとが、Ｍａ＜Ｍｂを満たすように配置される。そして、水平方向における、軸Ｏ_７２ａとチャッキング５の回転中心である軸Ｐとの距離Ｌａと、軸Ｏ_７２ｂと軸Ｐとの距離Ｌｂとが、Ｌａ＞Ｌｂの関係を満たすように配置される。さらに、鉛直方向における、軸Ｏ_７２ｅと基材支持面との距離Ｍｅ、軸Ｏ_７２ｆと基材支持面との距離ＭｆとがＭｅ＜Ｍｆの関係を満たすように配置される。さらに、水平方向における、軸Ｏ_７２ｅと軸Ｐとの距離Ｌｅ、軸Ｏ_７２ｆと軸Ｐとの距離ＬｆとがＬｅ＞Ｌｆの関係を満たすように配置される。

また、チャッキング５と基材ホルダ３が下空間の成膜位置にある状態において、鉛直方向における、軸Ｏ_７２ｃと基材ホルダ３の基材支持面との距離Ｍｃと、軸Ｏ_７２ｄと基材支持面との距離Ｍｄとが、Ｍｃ＜Ｍｄの関係を満たすように配置される。そして、水平方向における、軸Ｏ_７２ｃと軸Ｐとの距離Ｌｃと、軸Ｏ_７２ｄと軸Ｐとの距離Ｌｄとが、Ｌｃ＞Ｌｄの関係を満たすように配置される。さらに、鉛直方向における、軸Ｏ_７２ｇと基材支持面との距離Ｍｇ、軸Ｏ_７２ｈと基材支持面との距離ＭｈとがＭｇ＜Ｍｈの関係を満たすように配置される。さらに、水平方向における、軸Ｏ_７２ｇと軸Ｐとの距離Ｌｇ、軸Ｏ_７２ｈと軸Ｐとの距離ＬｈとがＬｇ＞Ｌｈの関係を満たすように配置される。

また、水平方向における、軸Ｐと各カソード部の軸との距離Ｌａ～Ｌｆは、いずれもチャッキング５の半径と、それぞれ各ターゲットの半径との和以上であることが好ましい。

膜厚均一性が高い膜を形成するためには、各マグネット７２４ａ～７２４ｈの位置は、第２の実施形態と同様の手順で決めればよい。

基材４の設置、および上空間と下空間で順に成膜を行う手順は、第２の実施形態と同様であるため、説明は省略し、ここでは上空間に設けられた、ターゲット７２２ａと７２２ｂの組と、ターゲット７２２ｅと７２２ｆの組とを用いて成膜する手順について説明する。ここでは、ターゲット７２２ａ、７２２ｂ、７２２ｅ、７２２ｆは同じ材質であると仮定する。そして、基材に形成される膜の膜厚均一性をより高めるため、チャッキング５に対するカソード部７２ａと７２ｂの配置と、チャッキング５に対するカソード部７２ｅと７２ｆの配置は、互いに異なっているとする。

基材４をチャンバ１内に設置した後、チャンバ１は密閉され、排気装置７８ａ、７８ｂによって排気される。チャンバ１内が所定の圧力まで減圧されると、ガス供給部７７２ａ、７７４ａからプロセスガスが導入され、第２の実施形態と同様の手順にて、ターゲット７２２ａと７２２ｂの組のプリスパッタリングの後に成膜が行われる。基材４上の膜が所定の厚さに到達すると、遮蔽部１１２が状態２となるようにシャッター１１が制御され、ターゲット７２１ａ、７２１ｂへの電力供給が停止されて成膜が終了する。

ターゲット７２１ａ、７２１ｂによる成膜が終了すると、ガス供給部７７２ａ、７７４ａからのガス導入を停止させる。そして、チャッキング５を、ターゲット２１ｅと２１ｆによる成膜に適した位置に移動させる。このとき、チャッキング５は回転したそのままで移動させる。次に、ガス供給部７７２ａ、７７４ａからプロセスガスを再び導入させてから、カソード部２ｅと２ｆに電力を供給してプラズマを生起させ、ターゲット７２１ｅ、７２１ｆのプリスパッタリングを行う。プリスパッタリングで、ターゲット７２１ｅ、７２１ｆの表面の洗浄が完了したら、プラズマを生成させたままの状態で、シャッター１１が状態２となるように制御し、基材４の表面に所定の膜厚になるまで成膜を行う。

このようなスパッタリングをカソード部７２ａと７２ｂの組と、７２ｅと７２ｆの組で交互に行うことにより、より膜厚が均一な膜を基材４上に形成することができる。

膜の形成方法は、これに限定される訳ではなく、４組のカソード部を適宜組み合わせて成膜を行うことができる。

１ チャンバ
２ａ、２ｂ、６２ａ～６２ｄ、７２ａ～７２ｈ カソード部
３ 基材ホルダ
４ 基材
５ チャッキング
６ 電源
７ａ、７ｂ、６７ａ、６７ｂ、７７ａ、７７ｂ ガス供給部
８ａ、８ｂ 排気装置
９ 制御装置
１０ 回転昇降機構
１１ シャッター
１２ 隔壁
１３ 板
１４ 支持体
１５ 回転機構
１６ 切替え器
２１ａ、２１ｂ、６２１ａ～６２１ｄ、７２１ａ～７２１ｈ ターゲット
２４ａ、２４ｂ、６２４ａ～６２４ｄ、７２４ａ～７２４ｈ マグネット

Claims (18)

1. チャンバと、鉛直方向に昇降が可能な基材支持部と、ターゲットが設置される複数のカソード部と、を備える成膜装置であって、
   前記チャンバは、開口を有する隔壁によって複数の空間に仕切られており、
   前記基材支持部が昇降することによって、前記チャンバを複数の空間に仕切り、
   前記複数のカソード部は、前記複数の空間に分けて配置されている、
   ことを特徴とする成膜装置。
2. チャンバと、鉛直方向に昇降が可能な基材支持部と、ターゲットが設置される複数のカソード部と、を備える成膜装置であって、
   前記チャンバは、開口を有する隔壁によって複数の空間に仕切られており、
   前記基材支持部は、前記開口を通って前記複数の空間の間を移動可能であり、
   前記複数のカソード部は、前記複数の空間に分けて配置されており、
   前記基材支持部には、支持軸を介して板が取り付けられており、
   前記支持軸の長さおよび前記板の形状は、鉛直方向で互いに隣接する空間の上側で成膜を行う際に、前記板が前記隔壁の開口にはまり込むように決められている、
   ことを特徴とする成膜装置。
3. 前記基材支持部が鉛直方向に延びる第１の軸を中心として回転可能となっており、
   さらに、底部と、該底部から鉛直方向に立ち上がり、前記基材支持部が鉛直方向に可動する範囲を囲む円筒を鉛直方向に一部切り欠いた形状の遮蔽部と、を有するシャッターを備える、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記遮蔽部を鉛直方向からみると、前記遮蔽部は円弧状をしており、その弦の長さは前記カソード部に設置が可能なターゲットの長さよりも長い、
   ことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
5. 前記シャッターと前記基材支持部との間にできる隙間の最大寸法は、スパッタ粒子の平均自由工程未満である、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の成膜装置。
6. 前記開口および前記板が円形状を有することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
7. 前記開口において前記板と前記隔壁との間にできる隙間の最大寸法は、スパッタ粒子の平均自由工程未満である、
   ことを特徴とする請求項２または６に記載の成膜装置。
8. 前記チャンバの前記隔壁によって仕切られた複数の空間のそれぞれには、カソード部が１つずつ設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の成膜装置。
9. 前記チャンバの前記隔壁によって仕切られた複数の空間のそれぞれには、カソード部が２つずつ設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の成膜装置。
10. 前記チャンバが、鉛直方向に２つの空間に仕切られており、
    鉛直方向において上側の空間には、第２の軸を中心に回転可能な第１のカソード部と、第３の軸を中心に回転可能な第２のカソード部と、が設けられ、
    鉛直方向において下側の空間には、第４の軸を中心に回転可能な第３のカソード部と、第５の軸を中心に回転可能な第４のカソード部と、が設けられ、
    前記第２の軸と前記第３の軸は互いに平行であり、前記第４の軸と前記第５の軸は互いに平行となるように配置され、前記第２の軸と前記第４の軸は、それぞれ第１の軸に対してねじれの位置に配置されている、
    ことを特徴とする、請求項３から５のいずれか１項に記載の成膜装置。
11. 前記基材支持部が前記上側の空間における成膜位置にある状態において、鉛直方向における、前記第２の軸と前記基材支持部の基材支持面との距離Ｍａと、前記第３の軸と前記基材支持面との距離Ｍｂとが、Ｍａ＜Ｍｂの関係を満たし、水平方向における、前記第２の軸と前記第１の軸との距離Ｌａと、前記第３の軸と前記第１の軸との距離Ｌｂとが、Ｌａ＞Ｌｂの関係を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の成膜装置。
12. 前記基材支持部が前記下側の空間における成膜位置にある状態において、鉛直方向における、前記第４の軸と前記基材支持部の基材支持面との距離Ｍｃと、前記第５の軸と前記基材支持面との距離Ｍｄとが、Ｍｃ＜Ｍｄの関係を満たし、水平方向における、前記第４の軸と前記第１の軸との距離Ｌｃと、前記第５の軸と前記第１の軸との距離Ｌｄとが、Ｌｃ＞Ｌｄの関係を満たすことを特徴とする請求項１０または１１に記載の成膜装置。
13. 鉛直方向における前記遮蔽部の長さが、鉛直方向における前記第２の軸と前記第５の軸との距離と、前記第２の軸に設置されるターゲットの半径と、前記第５の軸に設置されるターゲットの半径との和より長い、
    ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の成膜装置。
14. 前記チャンバが、鉛直方向に２つの空間に仕切られており、
    鉛直方向において上側の空間には、前記第１のカソード部および前記第２のカソード部の組と、前記シャッターを挟んで、第６の軸を中心に回転可能な第５のカソード部と第７の軸を中心に回転可能な第６のカソード部の組とが設けられ、
    鉛直方向において下側の空間には、前記第３のカソード部および前記第４のカソード部の組と、前記シャッターを挟んで、第８の軸を中心に回転可能な第７のカソード部と第９の軸を中心に回転可能な第８のカソード部の組とが設けられ、
    前記第６の軸と前記第７の軸、前記第８の軸と前記第９の軸は、それぞれ互いに平行であり、
    前記第６の軸と前記第８の軸は、それぞれ第１の軸に対してねじれの位置に配置されている、
    ことを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の成膜装置。
15. 前記基材支持部が前記上側の空間における成膜位置にある状態において、鉛直方向における、第６の軸と前記基材支持部の基材支持面との距離Ｍｃと、第７の軸と前記基材支持面との距離Ｍｄとが、Ｍｃ＜Ｍｄの関係を満たし、水平方向における、前記第６の軸と前記第１の軸との距離Ｌｃと、前記第７の軸と前記第１の軸との距離Ｌｄとが、Ｌｃ＞Ｌｄの関係を満たすことを特徴とする請求項１４に記載の成膜装置。
16. 前記基材支持部が前記下側の空間における成膜位置にある状態において、鉛直方向における、第８の軸と前記基材支持部の基材支持面との距離Ｍｅと、第９の軸と前記基材支持面との距離Ｍｆとが、Ｍｅ＜Ｍｆの関係を満たし、水平方向における、前記第８の軸と前記第１の軸との距離Ｌｅと、前記第９の軸と前記第１の軸との距離Ｌｆとが、Ｌｅ＞Ｌｆの関係を満たすことを特徴とする請求項１４または１５に記載の成膜装置。
17. 前記カソード部が、ロータリーカソードであることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の成膜装置。
18. チャンバと、鉛直方向に昇降が可能な基材支持部と、ターゲットが設置される複数のカソード部と、を備え、前記チャンバが開口を有する隔壁によって複数の空間に仕切られており、前記基材支持部が昇降することによって、前記チャンバを複数の空間に仕切り、前記複数のカソード部が前記複数の空間に分けて配置されている成膜装置を用いた成膜方法であって、
    前記基材支持部に基材を設置する工程と、
    前記複数の空間のうち第１の空間に前記基材を設置して成膜を行う工程と、
    前記複数の空間のうち前記第１の空間とは別の空間に前記基材を移動させて成膜を行う工程と、
    を有することを特徴とする成膜方法。

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