スパッタ装置およびスパッタリングによる成膜方法
【課題】放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となるスパッタ装置およびスパッタリングによる成膜方法を提供する。
【解決手段】成膜室にターゲットを備え、前記成膜室における前記ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜するスパッタ装置を、つぎのように構成する。
前記ターゲット１−２の前記基板方向前方に、前記ターゲットから飛び出す電子の進行を妨げる前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材１−５が位置するように構成する。
【解決手段】成膜室にターゲットを備え、前記成膜室における前記ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜するスパッタ装置を、つぎのように構成する。
前記ターゲット１−２の前記基板方向前方に、前記ターゲットから飛び出す電子の進行を妨げる前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材１−５が位置するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置およびスパッタリングによる成膜方法に関する。
特に、高精度な膜厚制御を可能とするスパッタ装置およびスパッタリングによる成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に薄膜を成膜する装置として、平行平板型のマグネトロンスパッタ装置が従来から広く用いられている。
このマグネトロンスパッタ装置では、真空槽内に、薄膜の材料となるターゲットと、基板ホルダーに取り付けられた基板とを対向するように配置した上で、プラズマを生成してターゲットをスパッタリングする。
そして、スパッタリングによって叩き出されたスパッタリング粒子を基板に堆積させることにより、基板上に薄膜が成膜される。
【０００３】
このようなマグネトロンスパッタによる手法は、簡便で、高速成膜、大面積成膜、ターゲット寿命などにおいて、他の手法に比べ、優れた特徴を有している。特に、近年においては、装置の大型化や、膜厚の高制御性、自動生産機への対応、等が要求され、スパッタリングによって薄膜を成膜することへの要求が高まってきている。
例えば、光学膜分野において、特にステッパーなどの半導体露光装置では、焼き付け性能を高めるために高ＮＡ化が進められている。
これらにおいて、レンズ口径の大型化やレンズに入射する光線の斜入射特性の改善や、更に次世代のＸ線（ＥＵＶ）露光装置では大口径で精度の高い傾斜膜（斜入射特性改善）などの要求が高まっている。
【０００４】
さらに具体的に説明すると、例えば、１３．４ｎｍのＸ線波長を使用したモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）のＸ線多層膜ミラーでは、反射特性の帯域幅が非常に狭い。このため、ミラー面に入射するＸ線の入射角度が変わると反射特性が低下する。
これらの対策の一つとして、反射ミラー面内においてＸ線入射角度に合った反射ミラー特性にする方法が採られている。しかし、この方法による場合には、反射ミラー面内において、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の膜厚分布を高精度に制御することが必要となる。
さらに、露光装置に使用される光学素子は、短波長化し、形状も非球面、自由曲面、放物面など異形状な物もあり多様化している。そのため、従来にまして高精度な膜厚制御が要求されることとなる。
【０００５】
このようなことから、前述したように他の手法に比べ簡便で、高速成膜、大面積成膜、等において優位なスパッタ装置においても、上記のような露光装置に使用される光学素子等を成膜するに際しては、さらに高精度な膜厚分布制御が求められる。
そのため、例えば、特許文献１では、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸が３軸以上有する構成として、高精度な膜厚制御を可能としたスパッタ装置が提案されている。
この装置では、ターゲットと基板が対面し、その距離が一定になるような複数条件を設定し、その条件の滞在時間を制御しながら、１回もしくは複数回スキャンしながら成膜することで、きわめて高精度な膜厚制御が可能とされている。
【特許文献１】特開２００４−２６９９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例におけるスパッタ装置では、高精度な膜厚制御を行う上で、満足の得られない場合が生じる。
以下に、これらについて、図を用いてさらに説明する。
図２に、上記従来例の特許文献１におけるスパッタ装置を用い、大口径ミラー成膜をスキャン成膜で行う場合のターゲットおよび基板の動作を説明する図を示す。
図３に、上記従来例におけるスキャン成膜時のバイアス電圧の変化を示す。
図４に、上記従来例における成膜中の電子の動きを示す。図４（ａ）はターゲット前方に基板が存在しない状態での電子の動作を示す図であり、図４（ｂ）はターゲット前方に基板が存在する状態での電子の動作を示す図である。
図２、図４において、２−１はカソード、２−２はターゲット、２−３は基板、２−４はチャンバー外壁（アース）である。
【０００７】
スキャン成膜では均質な膜を形成するために、ターゲットと基板は対面し、その距離を一定に保つような条件で成膜が行われる。
スパッタ粒子はある広がりをもって放出され、高精度に膜厚を制御するために、スキャン成膜はターゲット前方に基板が存在しない、図２（ａ）の状態から開始される。
図２（ａ）から（ｂ）の状態までは、ターゲット前方に基板は存在しない。
次に、図２（ｂ）から（ｃ）の状態を経て、（ｄ）の状態までで、ターゲット前方に基板面が存在するような状態に移行していく。
そして、図２（ｄ）から、完全にターゲット面と基板面が対向するような状態となり、そのまま対向した状態（図２（ｅ））で成膜は終了する。
【０００８】
ターゲットと基板が以上のような動作をしたとき、そのバイアス電位は図３に示すように変化する。
通常、チャンバー外壁はグランディング、基板はフローティングされている。
スキャン成膜を行う場合、ターゲットと基板の位置関係により、電子の流れやすさが変化する。
ターゲット前方に基板が存在しない状態（図２（ａ）〜（ｂ））では、ターゲットから飛び出した電子は、図４（ａ）に示されるように、何の妨げも受けず、チャンバー外壁（アース面）に到達するため、インピーダンスが小さい。
また、ターゲット面と基板面が完全に対向しないような状態（図２（ｃ））では、アース面に到達しやすい電子としにくい電子の数の割合が、ターゲットと基板の位置により変化するため、それに伴い、インピーダンスは変化する。
さらに、ターゲット前方に基板が存在する状態（図２（ｄ）〜（ｅ））では、図４（ｂ）に示されるように、ターゲットから飛び出した電子は、基板に進行を妨げられ、チャンバー外壁（アース面）に到達しにくくなるので、インピーダンスが大きい。
【０００９】
以上のように、上記従来例のスパッタ装置によるスキャン成膜では、ターゲットと基板の位置が、以上の３つの位置状態を経ることによってインピーダンスが変化し、バイアス電位が図３のように変化する。
これにより、スパッタ速度が変化し、そのため高精度な膜厚制御を行う上で、不都合が生じる場合が考えられる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となるスパッタ装置およびスパッタリングによる成膜方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するため、つぎのように構成したスパッタ装置、スパッタリングによる成膜方法を提供するものである。
本発明のスパッタ装置は、成膜室にターゲットを備え、前記成膜室における前記ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜するスパッタ装置において、
前記ターゲットの前記基板方向前方に、前記ターゲットから飛び出す電子の進行を妨げる前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材が位置するように構成されていることを特徴としている。
また、本発明のスパッタ装置は、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置であることを特徴としている。
また、本発明のスパッタ装置は、前記遮蔽部材が、ターゲットの可変範囲における前記基板方向前方に位置するように構成されていることを特徴としている。
また、本発明のスパッタ装置は、前記遮蔽部材が、電気的にフローティングされていることを特徴としている。
また、本発明のスパッタリングによる成膜方法は、成膜室において、ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜する成膜方法であって、
前記パッタリングによって成膜するに際し、放電インピーダンスを一定にして前記基板に成膜する工程を有することを特徴としている。
また、本発明のスパッタリングによる成膜方法は、前記成膜する工程において、前記ターゲットの前記基板方向前方に位置するようにした前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材を用い、
前記ターゲットから飛び出す電子の進行を遮蔽し、前記放電インピーダンスを一定とすることを特徴としている。
また、本発明のスパッタリングによる成膜方法は、前記成膜する工程において、前記成膜に際して成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置において、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記構成によれば、スパッタ装置において、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となるが、それは本発明者らのつぎのような知見によるものである。
本発明者らは、本発明の上記課題を達成するため、鋭意研究した結果、ターゲットから飛び出す電子の経路を妨げるような基板と同電位の遮蔽具を、ターゲット前方に設置する。これによって、特に、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置において、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となることを見出した。
【００１４】
以下に、これらについて、図を用いてさらに説明する。
図１に、本発明の実施の形態におけるターゲット前方に遮蔽具を有するスパッタ装置の成膜中の電子の動作を説明する図を示す。
図１において、１−１はカソード、１−２はターゲット、１−３は基板、１−４はチャンバー外壁（アース）、１−５は遮蔽具である。
【００１５】
前述したように、上記従来例のスパッタ装置では、大口径ミラー成膜をスキャン成膜で行う場合等において、ターゲットと基板の位置状態に応じて、バイアス電位が図３のように変化する。
このようなことから、本発明者らはバイアス電位の変化を防ぐには、スキャン成膜中のターゲットと基板の位置関係を同じにし、放電インピーダンスを一定にすることで、高精度な膜厚制御が可能なスパッタ装置を実現した。
すなわち、ターゲット前方に基板が存在しない場合において、基板の代わりに、ターゲットから飛び出す電子の経路を妨げるような遮蔽具をターゲット前方に設置する。
これにより、ターゲットから飛び出した電子は、図１に示すような経路をたどり、ターゲット前方に基板が存在するときと同様の動作となるようにした。
【００１６】
一般的に、ＥＵＶミラー用基板は、絶縁体であるため、遮蔽具は、基板ホルダーと同様にフローティングされている。
また、スパッタ装置としては、遮蔽具の構成を除き、基本的には上記従来例における特許文献１のスパッタ装置と同様のものを構成したが、上記従来例では、ターゲットおよび基板が可動式のため、遮蔽具もこれらの動作に合わせて可動するようにした。
以上のように、スキャン成膜開始地点においてターゲットの前方に従来の成膜装置にはなかった遮蔽具を設置することで、インピーダンスをターゲット面と基板面が対面する状態と同値まで増加することが可能となる。
本発明は、以上のように構成することで、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置において、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となるスパッタ装置を実現したものである。
【実施例】
【００１７】
以下に、本発明を適用した実施例におけるスパッタ装置について説明する。
図５に、本発明の実施例における成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置の正面断面図を示す。
図６に、本発明の実施例におけるスパッタ装置の平面断面図であり、大口径基板周辺部成膜中のターゲットおよび基板の配置を示す。
図７に、本発明の実施例におけるスパッタ装置の平面断面図であり、大口径基板中心部成膜中のターゲットおよび基板の配置を示す。
図５、図６及び図７において、５−１は真空チャンバー、５−２は排気系、５−３はスパッタプロセスガスを共有する供給系、５−４はスパッタ電力を供給する電源である。
５−５は複数のターゲットが取り付けられたカソードユニット、５−６は基板、５−７はスキャンユニット、５−８、５−９は磁気シール、５−１０、５−１１はカソード回転軸、５−１２はカソード駆動系である。
５−１３ａ、ｂ、ｃ、ｄはカソード、５−１４ａ、ｂ、ｃ、ｄはターゲット、５−１５ａ、ｂ、ｃ、ｄはシャッターである。
５−１６は基板ホルダー、５−１７は基板回転軸、５−１８は磁気シール、５−１９は基板回転させる基板回転駆動系、５−２０はＴ−Ｓベローズ、５−２１はターゲット基板間距離を可変させるＴ−Ｓ駆動系である。
５−２２はＳθベローズ、５−２３はスキャン駆動系、５−２４は遮蔽具である。
なお、上記スパッタ装置は、遮蔽具の構成を除き、基本的には上記従来例における特許文献１のスパッタ装置と同様のものを構成した。
【００１８】
図５、図６及び図７に示す実施例のスパッタ装置の基本構成は、真空チャンバー５−１を排気する排気系５−２、スパッタプロセスガスを供給するガス供給系５−３と複数のカソードにスパッタ電力を供給する電源５−４で構成されている。
電源５−４は、カソード毎に電源が接続されていてもよいし、１台の電源で切り替え器を用い使用するカソードのみに電力を供給するタイプでも良い。
真空チャンバー内部には、複数のターゲットが取り付けられたカソードユニット５−５と基板５−６を回転保持しながらスキャンするスキャンユニット５−７で構成されている。
【００１９】
更に、チャンバー内部を詳しく説明すると、カソードユニット５−５は真空チャンバー５−１の上面及び底面から磁気シール５−８、５−９を介してカソード回転軸５−１０、５−１１で固定される。
また、磁気シール５−９の下部にはカソード駆動系５−１２が配設されている。多角柱のカソードユニット５−５の側面には、電気的に絶縁された複数のカソード５−１３ａ、ｂ、ｃ、ｄが配設され、異材料のターゲット５−１４ａ、ｂ、ｃ、ｄが取り付けられている。
また、各カソードにはシャッター５−１５ａ、ｂ、ｃ、ｄが配設され独立に開閉できる。
カソード回転軸５−１０、５−１１は中空になっていて、その内部には、カソード冷却水や、スパッタ電力供給ケーブルやスパッタリングガス、シャッター駆動用エアー等を供給している。
この様な構成にすることで、所望のターゲットをスパッタしながら回転移動が可能となる。
更に、カソード駆動系５−１２の駆動モーターをサーボモーターを用いることで高精度に位置制御しながら成膜が可能となる。
【００２０】
スキャンユニット５−７は、基板５−６を保持する基板ホルダー５−１６が基板回転軸５−１７の先端に、遮蔽具５−２４が基板ホルダー５−１６に水平に固定されている。
基板回転軸５−１７は、つぎの三つの駆動系を備えている。
その一つは、基板回転駆動系５−１９であり、これは磁気シール５−１８を介して基板回転させる駆動系である。
また、その一つは、Ｔ−Ｓ駆動系５−２１であり、これはＴ−Ｓベローズ５−２０で大気と隔離しながらターゲット基板間距離を可変させる駆動系である。
また、その一つは、スキャン駆動系５−２３であり、これは大気と隔離しながら曲げが可能なＳθベローズ５−２２の中心部分に回転中心を持ちユニット全体をチャンバー底面と平行に首振り走査させる駆動系である。
このような構成にすることで、スパッタ中に基板回転しながらターゲット基板間距離を可変しながらスキャンして成膜することが可能となる。
また、遮蔽具５−２４は、Ｔ−Ｓ駆動系５−２１と、スキャン駆動系５−２３で構成され、これにより、スパッタ中は基板動作に追従することが可能となる。
更に、前記のカソード駆動系と同様に各制御軸の駆動モーターをサーボモーターにすることで高精度に位置制御しながら成膜が可能となる。
【００２１】
本実施例のスパッタ装置は、上記したように、基板回転軸５−１７、カソード回転軸５−１０、５−１１、スキャン駆動系５−２３を構成するスキャン軸、Ｔ−Ｓ駆動系５−２１を構成するＴ−Ｓ軸の４軸を有している。
そして、チャンバー内部の各ユニットの配置関係は、カソードユニット５−５のカソード回転軸５−１０、５−１１をＹ軸とし、ターゲット５−１４の中心を通るチャンバー底面に平行な軸をＸ、Ｚ軸とすると、これらの各軸の関係は、つぎのようになる。
すなわち、基板回転軸５−１７はＸ軸に対しＺ軸方向にオフセットしたＸ’軸上に基板回転軸を有し、更にスキャン軸はＸ’軸上に回転中心を有し、スキャンユニット全体をＸＺ面上にスキャン動作する。
【００２２】
本実施例のスパッタ装置を用いて、実際にスキャン成膜を行った。
成膜中のバイアス電位の変化を図８に示す。
大口径基板周辺成膜時において、ターゲット前方に遮蔽具があるため、ターゲットと基板の位置が移動しても、ターゲットと基板が同様の位置関係を保つことができる。このため、バイアス電位の変化は起こらなかった。
このような構成によるスパッタ装置では、ターゲット前方に基板ホルダーと同電位の遮蔽具を設けることで、成膜中のインピーダンスを一定に保つことができ、被処理物の高精度な膜厚制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態におけるターゲット前方に遮蔽具を有するスパッタ装置の成膜中の電子の動作を説明する図。
【図２】従来例における大口径ミラー成膜をスキャン成膜で行う場合のターゲットおよび基板の動作説明する図。（ａ）はスキャン成膜開始時、（ｂ）はターゲット前方に基板が存在しない状態、（ｃ）はターゲット前方に基板が移行する途中の状態、（ｄ）はターゲット前方に完全に基板が対向する状態、（ｅ）はスキャン成膜終了時を示す図。
【図３】従来例におけるスキャン成膜時のバイアス電圧の変化を示す図。
【図４】従来例における成膜中の電子の動きを示す。図４（ａ）はターゲット前方に基板が存在しない状態での電子の動作を示す図、図４（ｂ）はターゲット前方に基板が存在する状態での電子の動作を示す図。
【図５】本発明の実施例における成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置の正面断面図。
【図６】本発明の実施例におけるスパッタ装置の平面断面図であり、大口径基板周辺部成膜中のターゲットおよび基板の配置を示す図。
【図７】本発明の実施例におけるスパッタ装置の平面断面図であり、大口径基板中心部成膜中のターゲットおよび基板の配置を示す図。
【図８】本発明の実施例におけるスパッタ装置によるスキャン成膜時のバイアス電位の変化を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１−１、２−１：カソード
１−２、２−２：ターゲット
１−３、２−３：基板
１−４、２−４：チャンバー外壁（アース）
１−５：遮蔽具
５−１：真空チャンバー
５−２：排気系
５−３：スパッタプロセスガスを共有する供給系
５−４：スパッタ電力を供給する電源
５−５：複数のターゲットが取り付けられたカソードユニット
５−６：基板
５−７：スキャンユニット
５−８、５−９：磁気シール
５−１０、５−１１：カソード回転軸
５−１２：カソード駆動系
５−１３ａ、ｂ、ｃ、ｄ：カソード
５−１４ａ、ｂ、ｃ、ｄ：ターゲット
５−１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ：シャッター
５−１６：基板ホルダー
５−１７：基板回転軸
５−１８：磁気シール
５−１９：基板回転させる基板回転駆動系
５−２０：Ｔ−Ｓベローズ
５−２１：ターゲット基板間距離を可変させるＴ−Ｓ駆動系
５−２２：Ｓθベローズ
５−２３：スキャン駆動系
５−２４：遮蔽具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置およびスパッタリングによる成膜方法に関する。
特に、高精度な膜厚制御を可能とするスパッタ装置およびスパッタリングによる成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に薄膜を成膜する装置として、平行平板型のマグネトロンスパッタ装置が従来から広く用いられている。
このマグネトロンスパッタ装置では、真空槽内に、薄膜の材料となるターゲットと、基板ホルダーに取り付けられた基板とを対向するように配置した上で、プラズマを生成してターゲットをスパッタリングする。
そして、スパッタリングによって叩き出されたスパッタリング粒子を基板に堆積させることにより、基板上に薄膜が成膜される。
【０００３】
このようなマグネトロンスパッタによる手法は、簡便で、高速成膜、大面積成膜、ターゲット寿命などにおいて、他の手法に比べ、優れた特徴を有している。特に、近年においては、装置の大型化や、膜厚の高制御性、自動生産機への対応、等が要求され、スパッタリングによって薄膜を成膜することへの要求が高まってきている。
例えば、光学膜分野において、特にステッパーなどの半導体露光装置では、焼き付け性能を高めるために高ＮＡ化が進められている。
これらにおいて、レンズ口径の大型化やレンズに入射する光線の斜入射特性の改善や、更に次世代のＸ線（ＥＵＶ）露光装置では大口径で精度の高い傾斜膜（斜入射特性改善）などの要求が高まっている。
【０００４】
さらに具体的に説明すると、例えば、１３．４ｎｍのＸ線波長を使用したモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）のＸ線多層膜ミラーでは、反射特性の帯域幅が非常に狭い。このため、ミラー面に入射するＸ線の入射角度が変わると反射特性が低下する。
これらの対策の一つとして、反射ミラー面内においてＸ線入射角度に合った反射ミラー特性にする方法が採られている。しかし、この方法による場合には、反射ミラー面内において、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の膜厚分布を高精度に制御することが必要となる。
さらに、露光装置に使用される光学素子は、短波長化し、形状も非球面、自由曲面、放物面など異形状な物もあり多様化している。そのため、従来にまして高精度な膜厚制御が要求されることとなる。
【０００５】
このようなことから、前述したように他の手法に比べ簡便で、高速成膜、大面積成膜、等において優位なスパッタ装置においても、上記のような露光装置に使用される光学素子等を成膜するに際しては、さらに高精度な膜厚分布制御が求められる。
そのため、例えば、特許文献１では、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸が３軸以上有する構成として、高精度な膜厚制御を可能としたスパッタ装置が提案されている。
この装置では、ターゲットと基板が対面し、その距離が一定になるような複数条件を設定し、その条件の滞在時間を制御しながら、１回もしくは複数回スキャンしながら成膜することで、きわめて高精度な膜厚制御が可能とされている。
【特許文献１】特開２００４−２６９９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例におけるスパッタ装置では、高精度な膜厚制御を行う上で、満足の得られない場合が生じる。
以下に、これらについて、図を用いてさらに説明する。
図２に、上記従来例の特許文献１におけるスパッタ装置を用い、大口径ミラー成膜をスキャン成膜で行う場合のターゲットおよび基板の動作を説明する図を示す。
図３に、上記従来例におけるスキャン成膜時のバイアス電圧の変化を示す。
図４に、上記従来例における成膜中の電子の動きを示す。図４（ａ）はターゲット前方に基板が存在しない状態での電子の動作を示す図であり、図４（ｂ）はターゲット前方に基板が存在する状態での電子の動作を示す図である。
図２、図４において、２−１はカソード、２−２はターゲット、２−３は基板、２−４はチャンバー外壁（アース）である。
【０００７】
スキャン成膜では均質な膜を形成するために、ターゲットと基板は対面し、その距離を一定に保つような条件で成膜が行われる。
スパッタ粒子はある広がりをもって放出され、高精度に膜厚を制御するために、スキャン成膜はターゲット前方に基板が存在しない、図２（ａ）の状態から開始される。
図２（ａ）から（ｂ）の状態までは、ターゲット前方に基板は存在しない。
次に、図２（ｂ）から（ｃ）の状態を経て、（ｄ）の状態までで、ターゲット前方に基板面が存在するような状態に移行していく。
そして、図２（ｄ）から、完全にターゲット面と基板面が対向するような状態となり、そのまま対向した状態（図２（ｅ））で成膜は終了する。
【０００８】
ターゲットと基板が以上のような動作をしたとき、そのバイアス電位は図３に示すように変化する。
通常、チャンバー外壁はグランディング、基板はフローティングされている。
スキャン成膜を行う場合、ターゲットと基板の位置関係により、電子の流れやすさが変化する。
ターゲット前方に基板が存在しない状態（図２（ａ）〜（ｂ））では、ターゲットから飛び出した電子は、図４（ａ）に示されるように、何の妨げも受けず、チャンバー外壁（アース面）に到達するため、インピーダンスが小さい。
また、ターゲット面と基板面が完全に対向しないような状態（図２（ｃ））では、アース面に到達しやすい電子としにくい電子の数の割合が、ターゲットと基板の位置により変化するため、それに伴い、インピーダンスは変化する。
さらに、ターゲット前方に基板が存在する状態（図２（ｄ）〜（ｅ））では、図４（ｂ）に示されるように、ターゲットから飛び出した電子は、基板に進行を妨げられ、チャンバー外壁（アース面）に到達しにくくなるので、インピーダンスが大きい。
【０００９】
以上のように、上記従来例のスパッタ装置によるスキャン成膜では、ターゲットと基板の位置が、以上の３つの位置状態を経ることによってインピーダンスが変化し、バイアス電位が図３のように変化する。
これにより、スパッタ速度が変化し、そのため高精度な膜厚制御を行う上で、不都合が生じる場合が考えられる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となるスパッタ装置およびスパッタリングによる成膜方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するため、つぎのように構成したスパッタ装置、スパッタリングによる成膜方法を提供するものである。
本発明のスパッタ装置は、成膜室にターゲットを備え、前記成膜室における前記ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜するスパッタ装置において、
前記ターゲットの前記基板方向前方に、前記ターゲットから飛び出す電子の進行を妨げる前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材が位置するように構成されていることを特徴としている。
また、本発明のスパッタ装置は、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置であることを特徴としている。
また、本発明のスパッタ装置は、前記遮蔽部材が、ターゲットの可変範囲における前記基板方向前方に位置するように構成されていることを特徴としている。
また、本発明のスパッタ装置は、前記遮蔽部材が、電気的にフローティングされていることを特徴としている。
また、本発明のスパッタリングによる成膜方法は、成膜室において、ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜する成膜方法であって、
前記パッタリングによって成膜するに際し、放電インピーダンスを一定にして前記基板に成膜する工程を有することを特徴としている。
また、本発明のスパッタリングによる成膜方法は、前記成膜する工程において、前記ターゲットの前記基板方向前方に位置するようにした前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材を用い、
前記ターゲットから飛び出す電子の進行を遮蔽し、前記放電インピーダンスを一定とすることを特徴としている。
また、本発明のスパッタリングによる成膜方法は、前記成膜する工程において、前記成膜に際して成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置において、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記構成によれば、スパッタ装置において、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となるが、それは本発明者らのつぎのような知見によるものである。
本発明者らは、本発明の上記課題を達成するため、鋭意研究した結果、ターゲットから飛び出す電子の経路を妨げるような基板と同電位の遮蔽具を、ターゲット前方に設置する。これによって、特に、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置において、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となることを見出した。
【００１４】
以下に、これらについて、図を用いてさらに説明する。
図１に、本発明の実施の形態におけるターゲット前方に遮蔽具を有するスパッタ装置の成膜中の電子の動作を説明する図を示す。
図１において、１−１はカソード、１−２はターゲット、１−３は基板、１−４はチャンバー外壁（アース）、１−５は遮蔽具である。
【００１５】
前述したように、上記従来例のスパッタ装置では、大口径ミラー成膜をスキャン成膜で行う場合等において、ターゲットと基板の位置状態に応じて、バイアス電位が図３のように変化する。
このようなことから、本発明者らはバイアス電位の変化を防ぐには、スキャン成膜中のターゲットと基板の位置関係を同じにし、放電インピーダンスを一定にすることで、高精度な膜厚制御が可能なスパッタ装置を実現した。
すなわち、ターゲット前方に基板が存在しない場合において、基板の代わりに、ターゲットから飛び出す電子の経路を妨げるような遮蔽具をターゲット前方に設置する。
これにより、ターゲットから飛び出した電子は、図１に示すような経路をたどり、ターゲット前方に基板が存在するときと同様の動作となるようにした。
【００１６】
一般的に、ＥＵＶミラー用基板は、絶縁体であるため、遮蔽具は、基板ホルダーと同様にフローティングされている。
また、スパッタ装置としては、遮蔽具の構成を除き、基本的には上記従来例における特許文献１のスパッタ装置と同様のものを構成したが、上記従来例では、ターゲットおよび基板が可動式のため、遮蔽具もこれらの動作に合わせて可動するようにした。
以上のように、スキャン成膜開始地点においてターゲットの前方に従来の成膜装置にはなかった遮蔽具を設置することで、インピーダンスをターゲット面と基板面が対面する状態と同値まで増加することが可能となる。
本発明は、以上のように構成することで、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置において、放電インピーダンスを一定に保ち、高精度な膜厚制御が可能となるスパッタ装置を実現したものである。
【実施例】
【００１７】
以下に、本発明を適用した実施例におけるスパッタ装置について説明する。
図５に、本発明の実施例における成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置の正面断面図を示す。
図６に、本発明の実施例におけるスパッタ装置の平面断面図であり、大口径基板周辺部成膜中のターゲットおよび基板の配置を示す。
図７に、本発明の実施例におけるスパッタ装置の平面断面図であり、大口径基板中心部成膜中のターゲットおよび基板の配置を示す。
図５、図６及び図７において、５−１は真空チャンバー、５−２は排気系、５−３はスパッタプロセスガスを共有する供給系、５−４はスパッタ電力を供給する電源である。
５−５は複数のターゲットが取り付けられたカソードユニット、５−６は基板、５−７はスキャンユニット、５−８、５−９は磁気シール、５−１０、５−１１はカソード回転軸、５−１２はカソード駆動系である。
５−１３ａ、ｂ、ｃ、ｄはカソード、５−１４ａ、ｂ、ｃ、ｄはターゲット、５−１５ａ、ｂ、ｃ、ｄはシャッターである。
５−１６は基板ホルダー、５−１７は基板回転軸、５−１８は磁気シール、５−１９は基板回転させる基板回転駆動系、５−２０はＴ−Ｓベローズ、５−２１はターゲット基板間距離を可変させるＴ−Ｓ駆動系である。
５−２２はＳθベローズ、５−２３はスキャン駆動系、５−２４は遮蔽具である。
なお、上記スパッタ装置は、遮蔽具の構成を除き、基本的には上記従来例における特許文献１のスパッタ装置と同様のものを構成した。
【００１８】
図５、図６及び図７に示す実施例のスパッタ装置の基本構成は、真空チャンバー５−１を排気する排気系５−２、スパッタプロセスガスを供給するガス供給系５−３と複数のカソードにスパッタ電力を供給する電源５−４で構成されている。
電源５−４は、カソード毎に電源が接続されていてもよいし、１台の電源で切り替え器を用い使用するカソードのみに電力を供給するタイプでも良い。
真空チャンバー内部には、複数のターゲットが取り付けられたカソードユニット５−５と基板５−６を回転保持しながらスキャンするスキャンユニット５−７で構成されている。
【００１９】
更に、チャンバー内部を詳しく説明すると、カソードユニット５−５は真空チャンバー５−１の上面及び底面から磁気シール５−８、５−９を介してカソード回転軸５−１０、５−１１で固定される。
また、磁気シール５−９の下部にはカソード駆動系５−１２が配設されている。多角柱のカソードユニット５−５の側面には、電気的に絶縁された複数のカソード５−１３ａ、ｂ、ｃ、ｄが配設され、異材料のターゲット５−１４ａ、ｂ、ｃ、ｄが取り付けられている。
また、各カソードにはシャッター５−１５ａ、ｂ、ｃ、ｄが配設され独立に開閉できる。
カソード回転軸５−１０、５−１１は中空になっていて、その内部には、カソード冷却水や、スパッタ電力供給ケーブルやスパッタリングガス、シャッター駆動用エアー等を供給している。
この様な構成にすることで、所望のターゲットをスパッタしながら回転移動が可能となる。
更に、カソード駆動系５−１２の駆動モーターをサーボモーターを用いることで高精度に位置制御しながら成膜が可能となる。
【００２０】
スキャンユニット５−７は、基板５−６を保持する基板ホルダー５−１６が基板回転軸５−１７の先端に、遮蔽具５−２４が基板ホルダー５−１６に水平に固定されている。
基板回転軸５−１７は、つぎの三つの駆動系を備えている。
その一つは、基板回転駆動系５−１９であり、これは磁気シール５−１８を介して基板回転させる駆動系である。
また、その一つは、Ｔ−Ｓ駆動系５−２１であり、これはＴ−Ｓベローズ５−２０で大気と隔離しながらターゲット基板間距離を可変させる駆動系である。
また、その一つは、スキャン駆動系５−２３であり、これは大気と隔離しながら曲げが可能なＳθベローズ５−２２の中心部分に回転中心を持ちユニット全体をチャンバー底面と平行に首振り走査させる駆動系である。
このような構成にすることで、スパッタ中に基板回転しながらターゲット基板間距離を可変しながらスキャンして成膜することが可能となる。
また、遮蔽具５−２４は、Ｔ−Ｓ駆動系５−２１と、スキャン駆動系５−２３で構成され、これにより、スパッタ中は基板動作に追従することが可能となる。
更に、前記のカソード駆動系と同様に各制御軸の駆動モーターをサーボモーターにすることで高精度に位置制御しながら成膜が可能となる。
【００２１】
本実施例のスパッタ装置は、上記したように、基板回転軸５−１７、カソード回転軸５−１０、５−１１、スキャン駆動系５−２３を構成するスキャン軸、Ｔ−Ｓ駆動系５−２１を構成するＴ−Ｓ軸の４軸を有している。
そして、チャンバー内部の各ユニットの配置関係は、カソードユニット５−５のカソード回転軸５−１０、５−１１をＹ軸とし、ターゲット５−１４の中心を通るチャンバー底面に平行な軸をＸ、Ｚ軸とすると、これらの各軸の関係は、つぎのようになる。
すなわち、基板回転軸５−１７はＸ軸に対しＺ軸方向にオフセットしたＸ’軸上に基板回転軸を有し、更にスキャン軸はＸ’軸上に回転中心を有し、スキャンユニット全体をＸＺ面上にスキャン動作する。
【００２２】
本実施例のスパッタ装置を用いて、実際にスキャン成膜を行った。
成膜中のバイアス電位の変化を図８に示す。
大口径基板周辺成膜時において、ターゲット前方に遮蔽具があるため、ターゲットと基板の位置が移動しても、ターゲットと基板が同様の位置関係を保つことができる。このため、バイアス電位の変化は起こらなかった。
このような構成によるスパッタ装置では、ターゲット前方に基板ホルダーと同電位の遮蔽具を設けることで、成膜中のインピーダンスを一定に保つことができ、被処理物の高精度な膜厚制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態におけるターゲット前方に遮蔽具を有するスパッタ装置の成膜中の電子の動作を説明する図。
【図２】従来例における大口径ミラー成膜をスキャン成膜で行う場合のターゲットおよび基板の動作説明する図。（ａ）はスキャン成膜開始時、（ｂ）はターゲット前方に基板が存在しない状態、（ｃ）はターゲット前方に基板が移行する途中の状態、（ｄ）はターゲット前方に完全に基板が対向する状態、（ｅ）はスキャン成膜終了時を示す図。
【図３】従来例におけるスキャン成膜時のバイアス電圧の変化を示す図。
【図４】従来例における成膜中の電子の動きを示す。図４（ａ）はターゲット前方に基板が存在しない状態での電子の動作を示す図、図４（ｂ）はターゲット前方に基板が存在する状態での電子の動作を示す図。
【図５】本発明の実施例における成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置の正面断面図。
【図６】本発明の実施例におけるスパッタ装置の平面断面図であり、大口径基板周辺部成膜中のターゲットおよび基板の配置を示す図。
【図７】本発明の実施例におけるスパッタ装置の平面断面図であり、大口径基板中心部成膜中のターゲットおよび基板の配置を示す図。
【図８】本発明の実施例におけるスパッタ装置によるスキャン成膜時のバイアス電位の変化を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１−１、２−１：カソード
１−２、２−２：ターゲット
１−３、２−３：基板
１−４、２−４：チャンバー外壁（アース）
１−５：遮蔽具
５−１：真空チャンバー
５−２：排気系
５−３：スパッタプロセスガスを共有する供給系
５−４：スパッタ電力を供給する電源
５−５：複数のターゲットが取り付けられたカソードユニット
５−６：基板
５−７：スキャンユニット
５−８、５−９：磁気シール
５−１０、５−１１：カソード回転軸
５−１２：カソード駆動系
５−１３ａ、ｂ、ｃ、ｄ：カソード
５−１４ａ、ｂ、ｃ、ｄ：ターゲット
５−１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ：シャッター
５−１６：基板ホルダー
５−１７：基板回転軸
５−１８：磁気シール
５−１９：基板回転させる基板回転駆動系
５−２０：Ｔ−Ｓベローズ
５−２１：ターゲット基板間距離を可変させるＴ−Ｓ駆動系
５−２２：Ｓθベローズ
５−２３：スキャン駆動系
５−２４：遮蔽具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室にターゲットを備え、前記成膜室における前記ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜するスパッタ装置において、
前記ターゲットの前記基板方向前方に、前記ターゲットから飛び出す電子の進行を妨げる前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材が位置するように構成されていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記スパッタ装置は、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記遮蔽部材は、ターゲットの可変範囲における前記基板方向前方に位置するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材は、電気的にフローティングされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【請求項５】
成膜室において、ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜する成膜方法であって、
前記パッタリングによって成膜するに際し、放電インピーダンスを一定にして前記基板に成膜する工程を有することを特徴とするスパッタリングによる成膜方法。
【請求項６】
前記成膜する工程において、前記ターゲットの前記基板方向前方に位置するようにした前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材を用い、前記ターゲットから飛び出す電子の進行を遮蔽し、前記放電インピーダンスを一定とすることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリングによる成膜方法。
【請求項７】
前記成膜する工程において、前記成膜に際して成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置を用いることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のスパッタリングによる成膜方法。
【請求項１】
成膜室にターゲットを備え、前記成膜室における前記ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜するスパッタ装置において、
前記ターゲットの前記基板方向前方に、前記ターゲットから飛び出す電子の進行を妨げる前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材が位置するように構成されていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記スパッタ装置は、成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記遮蔽部材は、ターゲットの可変範囲における前記基板方向前方に位置するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材は、電気的にフローティングされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【請求項５】
成膜室において、ターゲットと対向する基板ホルダーに保持された基板に、スパッタリングによって成膜する成膜方法であって、
前記パッタリングによって成膜するに際し、放電インピーダンスを一定にして前記基板に成膜する工程を有することを特徴とするスパッタリングによる成膜方法。
【請求項６】
前記成膜する工程において、前記ターゲットの前記基板方向前方に位置するようにした前記基板ホルダーと同電位の遮蔽部材を用い、前記ターゲットから飛び出す電子の進行を遮蔽し、前記放電インピーダンスを一定とすることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリングによる成膜方法。
【請求項７】
前記成膜する工程において、前記成膜に際して成膜中に基板とターゲットの相対位置関係を独立に可変できる制御軸を３軸以上有するスパッタ装置を用いることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のスパッタリングによる成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１６２０５４（Ｐ２００７−１６２０５４Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５８０３４（Ｐ２００５−３５８０３４）
【出願日】平成１７年１２月１２日（２００５．１２．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１２日（２００５．１２．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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