成膜装置及び成膜方法
【課題】スパッタリングによる複数材料の薄膜形成における装置機構の複雑化を抑えて簡素化し、装置コストの上昇を抑制することが可能な成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】スパッタリング装置１は、真空チャンバ２と、基板３１を保持する基板ホルダ３２と、真空チャンバ２内で基板３１に対向可能な状態にターゲット１１，１２をそれぞれ支持するカソード機構２１，２２と、互いに材質の異なるターゲット１１，１２と基板３１との間に個別に進退してターゲット１１，１２で発生した成膜粒子を遮蔽又は開放するシャッタ４１，４２とを備えている。これらシャッタ４１，４２の少なくとも１つ、例えばシャッタ４２を、ターゲット１１，１２の材料とは異なるターゲット材料で形成してターゲット兼用シャッタとして構成した。
【解決手段】スパッタリング装置１は、真空チャンバ２と、基板３１を保持する基板ホルダ３２と、真空チャンバ２内で基板３１に対向可能な状態にターゲット１１，１２をそれぞれ支持するカソード機構２１，２２と、互いに材質の異なるターゲット１１，１２と基板３１との間に個別に進退してターゲット１１，１２で発生した成膜粒子を遮蔽又は開放するシャッタ４１，４２とを備えている。これらシャッタ４１，４２の少なくとも１つ、例えばシャッタ４２を、ターゲット１１，１２の材料とは異なるターゲット材料で形成してターゲット兼用シャッタとして構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングにより薄膜を形成するための成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置、ディスプレー装置、照明装置、撮像装置、その他の電子部品、光学部品等を製造する過程においては、薄膜形成技術が不可欠である。薄膜を形成するための方法として、スパッタリング方法が良く知られている。スパッタリングによる薄膜形成技術は、低温薄膜形成が可能、大面積薄膜形成が可能、成膜パラメータの電気的制御が容易である等の利点がある。
【０００３】
スパッタリング方法は、スパッタリング装置により実施される。このようなスパッタリング方法では、加速されたイオンをターゲットに対して照射し、ターゲットからターゲット粒子を弾き出し、そのターゲット粒子を、シリコンウェーハ上やガラス基板上に薄膜状に堆積させる。
【０００４】
スパッタリングによる薄膜形成技術は、蒸着法やＣＶＤ（化学気相成長法：Chemical Vapor Deposition）法と比較して、性能面で優れる部分も多い反面、装置機構が複雑になる場合がある。例えばターゲットが複数（例えば３個）備えた従来のスパッタリング装置７１について、模式的に示す図１５を参照して説明する。
【０００５】
図１５に示すように、従来のスパッタリング装置７１は、真空チャンバ７２を備えている。真空チャンバ７２内の上部には、一端を接地されてアノードとして機能する基板ホルダ３２が配置されており、この基板ホルダ３２には基板３１が着脱可能に保持される。基板３１として用いるレンズに形成する膜は、一般的な光学部品の反射防止膜であり、例えばＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなる多層膜である。
【０００６】
真空チャンバ７２内の中央部にはカソード機構２１，２２，２３が配置されており、これらカソード機構２１，２２，２３には、電源スイッチ３，４，１０を介して高電圧を印加可能な直流の高圧電源（以下、ＤＣ電源）５１が接続されている。ＤＣ電源５１は、陰極が電源スイッチ３，４，１０側に接続され、陽極が接地されている。カソード機構２１，２２，２３は並列に配置され、これらの上部にターゲット１１，１２，１３が着脱可能に取り付けられている。ターゲット１１はＴａにより構成され、ターゲット１２はＳｉにより構成され、ターゲット１３はＡｌにより構成されている。
【０００７】
真空チャンバ７２内の上部には、ターゲット１１，１２，１３と基板３１との間に位置するようにＳＵＳ（ステンレス）製のシャッタ４１，４４，４３が個別に配置されている。シャッタ４１は、真空チャンバ７２外部に配置された駆動装置５に連結されて、ターゲット１１の上部に所定空間をあけた状態で進退可能に構成されている。シャッタ４４は、真空チャンバ７２外部に配置された駆動装置６に連結されて、ターゲット１２の上部に所定空間をあけた状態で進退可能に構成されている。シャッタ４３は、真空チャンバ７２外部に配置された駆動装置９に連結されて、ターゲット１３の上部に所定空間をあけた状態で進退可能に構成されている。なお、図１５における符号７２１は、ターゲット１２上に発生するプラズマを示している。
【０００８】
従来のスパッタリング装置７１では、Ｔａターゲット１１、Ｓｉターゲット１２、Ａｌターゲット１３ごとにカソード機構２１，２２，２３が個別に必要になって、機構が複雑になっており、それに伴い、装置コストも上昇している（特許文献１、２参照）。
【０００９】
ところで、同じ撮像装置に使用される光学部品でも、コストに比べて性能が優先される半導体露光装置などの産業用製品においては、装置コストの上昇は許容できても、一般的なコンシューマ向けのカメラや放送機器に用いる場合は、まずコストが最優先となる。また、光学部品における薄膜形成では、例えば反射防止膜を製作する場合、少なくとも２種類以上の複数材料をスパッタリングできる装置を用いる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−３３１４３２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、複数の材料をスパッタリングするためには、その分の個数だけ、ターゲットとそれに付随するカソード周辺部の機構をスパッタリング装置に配置しなければならない。その結果、機構の数だけ装置コストは上昇し、また機構の体積分だけ装置が大型化し、装置コストの上昇を引き起こすおそれがある。
【００１２】
そこで本発明は、スパッタリング等による複数材料の薄膜形成における装置機構の複雑化を抑えて簡素化し、装置コストの上昇を抑制することが可能な成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内で成膜対象物を保持するホルダ部と、前記真空チャンバ内で前記成膜対象物に対向可能な状態にターゲットをそれぞれ支持する複数のカソード機構と、互いに材質の異なる複数の前記ターゲットと前記成膜対象物との間に個別に進退して前記ターゲットで発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する複数のシャッタとを備え、スパッタリングによって前記成膜対象物に薄膜を成膜する成膜装置において、前記複数のシャッタの少なくとも１つを、前記複数のターゲットの材料とは異なるターゲット材料で形成してターゲット兼用シャッタとして構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、元々スパッタリング等の成膜装置に付随しているシャッタをターゲットとして兼用することにより、別途複雑なカソード機構を用意して装置の大型化を招くようなおそれがない。これにより、装置機構の複雑化を抑えて簡素化し、装置コストの上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるターゲットが可動するスパッタリング装置を示す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施形態におけるターゲットが固定され斜めを向いたスパッタリング装置を示す模式図である。
【図４】図１〜図３に共通する作動を示すフローチャート図である。
【図５】図１の構成を用いた実施例１におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図６】図１の構成を用いた実施例２におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図７】図１の構成を用いた実施例３におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図８】図１の構成を用いた実施例４におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図９】図１の構成を用いた実施例５におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１０】図１の構成を用いた実施例６におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１１】図１の構成を用いた実施例７におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１２】図１の構成を用いた実施例８におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１３】図１の構成を用いた実施例９におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１４】図１の構成を用いた実施例１０におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１５】従来のスパッタリング装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に沿って、本発明に係る実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本発明に係る、スパッタリング方法（成膜方法）を実施可能なスパッタリング装置１の全体構成及びその機能について説明する。成膜装置としてのスパッタリング装置１のすべての制御系は、制御部としてのコンピュータ（不図示）に接続され、このコンピュータによる一括制御が可能とされている。制御部には、本スパッタリング方法を実施するためのプログラムが設定されている。
【００１７】
本実施形態のスパッタリング装置（成膜装置）１は、スパッタリングによって基板（成膜対象物）３１に薄膜を成膜するもので、図１に示すように、真空チャンバ２と、真空チャンバ内で基板３１を保持する基板ホルダ（ホルダ部）３２とを備えている。また、スパッタリング装置１は、真空チャンバ２内で基板３１に対向可能な状態にターゲット１１，１２をそれぞれ支持する複数（本実施形態では２つ）のカソード機構２１，２２を備えている。
【００１８】
更に、スパッタリング装置１は、互いに材質の異なる複数（本実施形態では２つ）のターゲット１１，１２と基板３１との間に個別に進退してターゲット１１，１２で発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する複数（２つ）のシャッタ４１，４２を備えている。複数のシャッタ４１，４２の少なくとも１つ（本実施形態ではシャッタ４２）は、遮蔽対象の上記ターゲット１１，１２の材料とは異なるターゲット材料で形成され、ターゲット兼用シャッタとして構成されている。
【００１９】
真空チャンバ２には、不図示の減圧ポンプによって排気されて所定の真空度に保たれた状態で、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスが導入される。真空チャンバ２内の上部には、一端を接地されてアノードとして機能する基板ホルダ（ホルダ部）３２が配置されており、この基板ホルダ３２には、成膜対象物としての基板３１が着脱可能に保持される。本実施形態において、基板３１にはレンズが用いられる。基板３１としてのレンズに形成される膜は、一般的な光学部品の反射防止膜であり、例えばＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなる多層膜である。
【００２０】
真空チャンバ２内の中央部にはカソード機構２１，２２が配置されており、これらカソード機構２１，２２には、制御部によって開閉制御される電源スイッチ３，４を介して高電圧を印加可能なＤＣ電源５１が接続されている。このＤＣ電源５１は、陰極が電源スイッチ３，４側に接続され、陽極が接地されている。カソード機構２１，２２は並列に配置され、これらの上部にＴａターゲット１１及びＳｉターゲット１２が着脱可能に取り付けられている。
【００２１】
真空チャンバ２内の上部には、ターゲット１１，１２と基板３１との間に位置するようにシャッタ４１，４２が配置されている。シャッタ４１は、真空チャンバ２外部に配置された駆動装置５に連結されて、Ｔａターゲット１１の上部に所定空間をあけた状態で進退可能（出没可能）に構成されている。また、ターゲット兼用シャッタ４２は、真空チャンバ２外部に配置された駆動装置６に連結されて、Ｓｉターゲット１２の上部に所定空間をあけた状態で進退可能（出没可能）に構成されている。シャッタ４１，４２用の上記駆動装置５，６は、遮蔽用の開閉機構だけでなく、シャッタ面の法線方向（図の上下方向）にシャッタ４１，４２を移動させる機構もそれぞれ有している。
【００２２】
駆動装置６は、上述のような機構を有している。そのため、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１１，１２の内の対応する１つのターゲット１２と基板ホルダ３２との間で、ターゲット１２で発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する機能と、ターゲット１２に対して接離する機能とを有する。本スパッタリング装置１では、ターゲット兼用シャッタ４２を用いたスパッタリング時には、この駆動装置６を動作させてシャッタ４２をターゲット１２側に移動させて少なくとも一部をターゲット１２に接触させる。これにより、ターゲット１２を介してシャッタ４２に電圧を印加する。
【００２３】
駆動装置５は、スパッタリング開始前のターゲット１１表面のクリーニングが目的であるプリスパッタ時には、シャッタ４１をターゲット１１から離れるように図中上方に移動させる。また、駆動装置６は、スパッタリング開始前のターゲット１２表面のクリーニングが目的であるプリスパッタ時には、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２から離れるように上方に移動させる。
【００２４】
このように、シャッタ４１，４２は、それぞれ駆動装置５，６によって、基板３１とターゲット１１，１２の間で粒子を遮断できるように開閉でき、かつシャッタ面から法線方向（図中の上下方向）に移動できるように構成される。また、シャッタ４１，４２と基板３１との間に膜厚分布制御用のマスクを取り付けることも可能である。
【００２５】
基板３１の表面に、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなる多層膜を形成する場合、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は他のＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２に比べて薄くてよい場合などが、光学膜の設計上しばしばある。これに着目して成膜による成膜材料の損耗度が小さなＡｌのターゲットをターゲット兼用シャッタとして採用するとより好適である。もちろん、Ａｌ以外のターゲットをターゲット兼用シャッタとして採用することも可能である。
【００２６】
従って、本実施形態では、成膜材料であるＡｌからなるターゲット兼用シャッタ４２を用いることで、図１５に示した従来のスパッタリング装置におけるＡｌターゲット１３と、Ａｌターゲット１３用のシャッタ４３とを省略した構成としている。このため、従来は３つ必要であったカソード機構２１，２２，２３が１つ少ないカソード機構２１，２２となり、従来は３つ必要であったターゲット１１，１２，１３が１つ少ないターゲット１１，１２となった。つまりターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２とでカソード機構２２を共用することで、スパッタリング装置１の構成が大幅に簡素化することができる。
【００２７】
上述のように、本実施形態では、Ｔａの遮蔽用シャッタ４１に、真空チャンバ２の材質と同じであるＳＵＳを使用するが、成膜材料が４種の場合、例えばＮｂなどを使用してもよい。さらに、成膜材料が多い場合は、ターゲット兼用シャッタ４２を２枚重ねするなど、多段構造にしてもよい。ターゲット兼用シャッタの多段構造を用いると従来のスパッタリング装置とくらべて装置の簡素化のメリットが大きい。
【００２８】
また、シャッタのスパッタが長時間に及ぶ場合、加熱による変形や溶解を防止するため、シャッタに水冷ジャケットなどの冷却機構を搭載することもできる。
【００２９】
冷却機構の搭載は、装置構成の複雑化につながることから、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成してもよい。その際、シャッタの基板側の材料が、ターゲット１１，１２と異なる材料となる。例えば、２枚以上の合板で構成し強度を強くすることで、変形を防止しすることや、ターゲット兼用シャッタ４２をるつぼ型で形成し、その中にターゲット１１，１２と異なる材料を入れることで、融解の対策も可能になる。
【００３０】
さらに、上述の２材料以上で構成されたターゲット兼用シャッタ４２において、シャッタのターゲット側の材料を、その直下のターゲットと同じ材料とすることで、ターゲットの汚染を防止することができる。もしくは、ターゲット側の材料を、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ等、高融点、低線膨張係数をもつ導電性の材料及び前記材料の合金、化合物とすることでも、ターゲットの汚染を抑制することができる。
【００３１】
一方、２材料以上で構成されたターゲット兼用シャッタ４２において、シャッタのターゲット側の材料がスパッタされることにより、不純物が混入することがあることから、ターゲット側材料を、見えなくする、ターゲットと異なる材料で被膜することもできる。
【００３２】
基板３１は、例えば直径２００ｍｍかつ厚さ１００ｍｍのガラス基板が用いられ、成膜時には、不図示の機構により自転することも可能に保持される。また、基板３１は、上記のサイズの範囲内であれば、複数にすることも可能であり、その場合、自転は公転となる。
【００３３】
本実施形態において、カソード機構２１，２２には永久磁石を用いたＤＣマグネトロン方式を使用しているが、例えばＲＦ（高周波）放電や、コンベンショナル方式を使用することも可能である。
【００３４】
ターゲットには、例えば直径８インチのＴａターゲット１１及びＳｉターゲット１２が取り付けられており、各材料を切り替えて、基板３１上に成膜する。このターゲットの材料は交換することも可能である。この材料は、上記に限定されるものではなく、例えば、光学部品を作成する場合であれば、Ｍｇ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｙ、Ｗ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｇｄ、等の金属、並びにこれらの酸化物、フッ化物を用いることができる。
【００３５】
以上の構成を備えたスパッタリング装置１では、制御部のコントロールに基づいて電源スイッチ３，４が開閉制御されると、以下のようになる。つまり、真空チャンバ２内の基板ホルダ３２に保持された基板３１に、ＤＣ電源５１に接続されたカソード機構２１，２２に取り付けられたターゲット１１，１２上にプラズマ７２１が発生し、スパッタリングによる薄膜形成が開始される。
【００３６】
そして、陰極に保持されたターゲット１２にプラズマ中のイオンが衝突し、Ｓｉターゲット１２の原子がたたき出され、このスパッタ原子が基板３１に付着して膜を形成する。また、基板３１がＴａターゲット１１側に移動させられてシャッタ４１が開放した状態では、陰極に保持されたターゲット１１にプラズマ中のイオンが衝突し、Ｓｉターゲット１２の原子がたたき出され、このスパッタ原子が基板３１に付着して膜を形成する。
【００３７】
例えば、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する際には、制御部により駆動装置６を作動させ、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２に接近するように下方に移動させてターゲット１２に接触させる。このようにターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングする際と、後述するプリスパッタの際にはターゲット兼用シャッタ４２は閉じているが、ターゲット１２を用いてスパッタリングする際にはターゲット兼用シャッタ４２は開いている。なお、ターゲット１１，１２の交換直後や真空保管後には、ターゲット１１，１２の表面に酸化層などの汚染層が形成されていることがある。従って、そのままでスパッタリングを開始すると、ターゲット１１，１２とともに汚染層もスパッタされて、基板３１に形成される膜が不純物を含んだものとなる場合がある。このような不都合を防ぐために上記プリスパッタが実施される。
【００３８】
上記シャッタの開閉、上下移動の動作を含めた、Ａｌ２Ｏ３とＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２を成膜する場合の成膜工程について、図４のフローチャート図を参照して説明する。
【００３９】
成膜時には真空チャンバ２に、スパッタガスとして例えば、Ａｒガスが５０ｓｃｃｍ、反応性ガスとしてＯ２ガスが２０ｓｃｃｍ導入される。ターゲット１１，１２に投入する電力は、ＤＣ電源５１により例えば１ｋＷとしている。また、放電の安定化のために必要に応じて１００ｋＨｚオーダーの高周波を重畳してもよい。膜厚は、制御部により時間制御している。これら、ガスや電力等のプロセス条件は、材料や所望する膜質により変えることができる。
【００４０】
ターゲット１２と同電位にされてスパッタされるターゲット兼用シャッタ４２で形成される膜は、カソード機構２１，２２に設置されたターゲット１１，１２を使用している場合に比較し、材料にもよるが、成膜レートが１０％から６０％程度に低減する場合がある。これは、カソードに搭載された永久磁石から離れ、成膜方式がよりコンベンショナルに近い状態になるためである。しかし、例えば光学部品の形成する光学薄膜の場合、複数材料を要する多層膜であれば、薄くてもよい材料などにターゲット兼用シャッタ４２による成膜を行うことで、成膜レート低減の影響を最小限に抑えることも可能である。
【００４１】
図４に示すように、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２を用いてＡｌ２Ｏ３を基板３１に成膜する場合、シャッタ４１は、駆動装置５の作動により閉止された状態で上方に移動される。そして、ターゲット兼用シャッタ４２は、駆動装置６の作動により閉止された状態で下方に移動される。
【００４２】
そして、ターゲット１１のプリスパッタを行う場合、シャッタ４１は駆動装置５の作動により閉止された状態で上方に移動され、ターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６の作動により閉止された状態で上方に移動される。引き続き、ターゲット１１を用いてＴａ２Ｏ５を基板３１に成膜する場合、シャッタ４１は駆動装置５の作動で開放され、ターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６の作動で閉止された状態で上方に移動される。
【００４３】
また、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２のプリスパッタを行う場合、シャッタ４１は駆動装置５の作動で閉止された状態で上方に移動され、ターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６の作動で閉止された状態で上方に移動される。引き続き、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２を用いてＳｉＯ２を基板３１に成膜する場合、シャッタ４１は駆動装置５の作動で閉止された状態で上方に移動され、ターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６の作動で開放される。
【００４４】
なお、本実施形態において、基板３１とターゲット１１，１２との位置関係は、基板３１が図の左右に移動してターゲット１１，１２、又はＡｌからなるターゲット兼用シャッタ４２の正面に配置するように構成することもできる。
【００４５】
以下、図１に示した本実施形態の構成を変形した変形例について、図２及び図３を参照して説明する。
【００４６】
すなわち、図２に示す変形例１では、ターゲット１１，１２を回転するように構成している。つまり、ターゲット１１，１２を夫々取り付けられたカソード機構２１，２２が、上下方向にて背中合わせの形で連結された状態で、駆動装置７によって基板３１に対し回転して、個別に対向するように構成されている。この場合、カソード機構２１、ターゲット１１、シャッタ４１及び駆動装置５と、カソード機構２２、ターゲット１２、ターゲット兼用シャッタ４２及び駆動装置６とは、それぞれ一体的に駆動装置７によって回転するように構成される。カソード機構２１，２２には、それぞれ電源スイッチ３，４を介してＤＣ電源５１が接続される。
【００４７】
また、図３に示す変形例２では、基板３１もターゲット１１，１２も移動させなくてよいように、ターゲット１１，１２をそれぞれ基板３１に対して斜めに向いた状態に配置している。即ち、ターゲット１１，１２を夫々取り付けられたカソード機構２１，２２が、上部中央の基板３１に向かって斜めになるように配置されており、シャッタ４１は駆動装置５により、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６により夫々作動させられる。カソード機構２１，２２には、夫々電源スイッチ３，４を介してＤＣ電源５１が接続される。
【００４８】
以上の変形例１及び２によっても、図１で説明した本実施形態のスパッタリング装置１と同様にスパッタリング及びプリスパッタを実施することができ、同様の効果を奏することができる。
【００４９】
以上のような本実施形態及び変形例１、２によると、元々スパッタリング装置に付随しているシャッタ４２をターゲットとして兼用したターゲット兼用シャッタ４２とすることで、別途複雑なカソード機構を用意して装置の大型化を招くようなおそれがない。これにより、装置機構の複雑化を抑えて簡素化し、装置コストの上昇を抑制することができる。
【００５０】
以下、本発明を適用したスパッタリング装置１による実施例について、図５〜図８を参照して説明する。図５〜図８において、図１〜図３で説明した構成部と共通する部分には、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
［実施例１］
本実施例１では、基本的な装置形態は、上述したＤＣマグネトロン方式、ターゲット１１にＴａ、ターゲット１２にＳｉ、ターゲット兼用シャッタ４２にＡｌ、シャッタ４１に真空チャンバ２と同材質のＳＵＳを使用したスパッタリング装置を用いる。
【００５２】
Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する場合、以下のようにする。即ち、図５に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２が閉止された状態において、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔がデバイ長以下になるように、ターゲット兼用シャッタ４２を下方に移動させる。
【００５３】
ここで、デバイ長は、成膜のプロセス条件にも依るが、通常のスパッタリングで用いるグロー放電条件下では、０．１［ｍｍ］〜５［ｍｍ］程度である。ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔をデバイ長以下にすることで、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１を発生させない。これにより、ターゲット１２のＳｉを汚染することなく、ターゲット兼用シャッタ４２のＡｌを基板３１にのみ到達させることができる。
【００５４】
本実施例１では、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２側に向いた面に導電性の突起６１を有し、ターゲット１２に突起６１を介して接触することにより導通する。突起６１の長さは、デバイ長以下に設定されている。即ち、ターゲット兼用シャッタ４２には、ターゲット兼用シャッタ４２のターゲット１２側の面に、面と垂直に突出する突起６１が設けられている。この突起６１の垂直方向の長さは、デバイ長以下であり、かつターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔と同じである。ターゲット兼用シャッタ４２のスパッタリング時、突起６１がターゲット１２に接触することで、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２とは同電位になっている。
【００５５】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２にもターゲット１２と同じ電圧が印加されて、ターゲット兼用シャッタ４２の基板側にプラズマ７２２が発生するため、Ａｌ２Ｏ３が基板３１に成膜されることになる。この際、ターゲット兼用シャッタ４２によるスパッタリングはコンベンショナルに近い状態となるため、成膜レートは低減するが、Ａｌ２Ｏ３は多層膜の全体の膜厚の１０％以下の厚みであることから、全体の成膜工程への影響は小さい。
【００５６】
［実施例２］
本実施例２では、基本的な装置形態は、実施例１と同様である。
【００５７】
Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する場合、以下のようにする。即ち、図６に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２が閉止された状態において、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔がデバイ長以下になるように、ターゲット兼用シャッタ４２を下方に移動させる。
【００５８】
ここで、デバイ長は、成膜のプロセス条件にも依るが、通常のスパッタリングで用いるグロー放電条件下では、０．１［ｍｍ］〜５［ｍｍ］程度である。ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔をデバイ長以下にすることで、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１を発生させない。これにより、ターゲット１２のＳｉを汚染することなく、ターゲット兼用シャッタ４２のＡｌを基板３１にのみ到達させることができる。
【００５９】
本実施例では、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２に対応するカソード機構２２に電圧を供給するＤＣ電源５１から配線５２を介して直接に電圧を印加される。つまり、ターゲット１２に使用しているＤＣ電源５１をターゲット兼用シャッタ４２に配線５２を介して繋げ、ＤＣ電源５１からの電圧をターゲット兼用シャッタ４２に印加している。なお、この構成に限らず、ＤＣ電源５１と異なる電源を別途設け、この電源からターゲット兼用シャッタ４２に電圧を印加するように構成することも可能である。
【００６０】
本実施例では、ターゲット兼用シャッタ４２にも電圧が直接に印加され、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側にプラズマ７２２が発生して、Ａｌ２Ｏ３が基板３１に成膜される。この際、ターゲット兼用シャッタ４２によるスパッタリングはコンベンショナルに近い状態となるため、成膜レートは低減するが、Ａｌ２Ｏ３は多層膜の全体の膜厚の１０％以下の厚みであることから、全体の成膜工程への影響は小さい。
【００６１】
［実施例３］
本実施例３においても、基本的な装置形態は、実施例１と同様である。
【００６２】
本実施例３では、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２側に向いた面をターゲット１２に直接接触させることにより導通する。即ち、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する場合、以下のようにする。即ち、図７に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２が閉止された状態において、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２に直接接触させて、シャッタ４２とターゲット１２とを同電位にする。この場合、両者が全面で接触し、両者間に空間がないため、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１は発生しない。このため、ターゲット１２のＳｉを汚染することなく、ターゲット兼用シャッタ４２のＡｌを基板３１にのみ到達させることができる。
【００６３】
この結果、Ｓｉターゲット１２を介してターゲット兼用シャッタ４２にも電圧が印加され、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側にプラズマ７２２が発生して、Ａｌ２Ｏ３が基板３１に成膜される。この際、ターゲット兼用シャッタ４２によるスパッタリングはコンベンショナルに近い状態となるため、成膜レートは低減するが、Ａｌ２Ｏ３は多層膜の全体の膜厚の１０％以下の厚みであることから、全体の成膜工程への影響は小さい。
【００６４】
［実施例４］
本実施例４においても、基本的な装置形態は、実施例１と同様である。
【００６５】
本実施例４では、ターゲット兼用シャッタ４２は、スパッタリング開始前のプリスパッタ時にはその対応する１つのターゲット１２から離間する。そして、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔がデバイ長を超える寸法に設定される。即ち、スパッタリング開始前のターゲット１２表面のクリーニングを目的とするプリスパッタをする際には、以下のようにする。つまり、図８に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２を閉止した状態で、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔がデバイ長を超える寸法になるように、ターゲット兼用シャッタ４２を上方に移動させる。
【００６６】
ここで、デバイ長は成膜のプロセス条件にもよるが、通常のスパッタリングでも用いるグロー放電条件下では、０．１［ｍｍ］〜５［ｍｍ］程度である。ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２とをデバイ長を超える値にすることで、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１を発生させて、ターゲット１２のＳｉのプリスパッタを可能にすることができる。この結果、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２からの成膜粒子の遮蔽体として機能し、ターゲット１２表面のクリーニングを行うことができる。
【００６７】
［実施例５］
本実施例５において、基本的な装置形態は、ターゲット１１がＳｉ、ターゲット１２がＴａである点以外は、図９に示すように、実施例１と同様である。
【００６８】
本実施例５は、ターゲット兼用シャッタ４２の構成自体に関わる実施例である。実際の実施形態としては、上述の実施例１から実施例４の全てにおいて効果を発揮することができる。最大の効果が発揮されるのは、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２に直接接触し、ターゲット兼シャッタ４２がターゲット１１，１２を汚染してしまうおそれのある実施例３（図７）の形態の場合である。
【００６９】
本実施例５では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成している。その際、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側（成膜対象物側）に位置する基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料で構成されている。
【００７０】
ターゲット兼用シャッタ４２は、熱による変形を抑制するために、２枚以上の合板で構成される。その際、ターゲット１２側に位置するターゲット側材料４２２は、融解することなく、熱による変形を抑制できるように、高融点、低線膨張係数の導電性材料で構成される。ターゲット側材料４２２は、ターゲット１２と同じ材料であることが好ましく、本実施例ではＴａとされる。
【００７１】
基板側材料４２１とターゲット側材料４２２とは、化学的に接合されており、例えば、Ｉｎなどのボンディング接合用の第３の材料４２３を利用する。
【００７２】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２は、２枚以上の合板化及びターゲット側材料４２２の低線膨張の効果で、熱による変形を抑制できる。さらに、ターゲット側材料４２２がＴａで構成されることで、直接接触時にターゲット１２を汚染することも防止できる。
【００７３】
［実施例６］
本実施例６において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００７４】
本実施例６では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１０に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００７５】
ターゲット兼用シャッタ４２は、熱による変形を抑制するために、２枚以上の合板で構成される。その際、ターゲット１２側のターゲット側材料４２２は、融解することなく、熱による変形を抑制できるように、高融点、低線膨張係数の導電性材料で構成される。好ましくは、ターゲット１２と同じ材料で、本実施例ではＴａである。
【００７６】
基板側材料４２１とターゲット側材料４２２とは、機械的に接合されており、例えば、ボルト４２４などを用いて接合する。
【００７７】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２は、２枚以上の合板化及びターゲット側材料４２２の低線膨張の効果で、熱による変形を抑制できる。さらに、ターゲット側材料４２２がＴａで構成されることで、直接接触時にターゲット１２を汚染することも防止できる。
【００７８】
［実施例７］
本実施例７において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００７９】
本実施例７では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１１に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００８０】
ターゲット兼用シャッタ４２は、融解した場合のシャッタ機能の喪失を防止するため、るつぼ型に構成されており、その中にターゲット１１，１２と異なる材料である基板側材料４２１が収容されている。
【００８１】
その際、るつぼとなるターゲット側材料４２２は、融解することなく、熱による変形が発生しないように、高融点、低線膨張係数の導電性材料で構成される。好ましくは、ターゲット１２と同じ材料で、本実施例ではＴａである。また、るつぼとなるターゲット側材料４２２と基板側材料４２１とを、実施例５及び６のような方法で接合しておくことで、基板側材料４２１の熱による変形も防止できる。
【００８２】
本るつぼの端部は、基板側材料４２１の高さよりも高くすることで、融解時に周辺にこぼれ出ることを防いでいる。
【００８３】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２をるつぼ型に構成することで、熱による融解時でもシャッタ機能を喪失することなくターゲット兼用シャッタ４２を使用できる。さらに、ターゲット側材料４２２がＴａで構成されることで、直接接触時にターゲット１２を汚染することも防止できる。
【００８４】
［実施例８］
本実施例８において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００８５】
本実施例８では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１２に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００８６】
ターゲット兼用シャッタ４２は、融解した場合のシャッタ機能の喪失を防止するために、るつぼ型に構成されており、その中にターゲット１１，１２と異なる材料である基板側材料４２１が収容されている。
【００８７】
その際、るつぼとなるターゲット側材料４２２は、融解することなく、熱による変形が発生しないように、高融点、低線膨張係数の導電性材料で構成される。好ましくは、ターゲット１２と同じ材料で、本実施例ではＴａである。また、るつぼとなるターゲット側材料４２２と基板側材料４２１とを、実施例５及び６のような方法で接合しておくことで、基板側材料４２１の熱による変形も防止できる。
【００８８】
本るつぼの端部のコバが、先端で終端していることで、融解時に周辺にこぼれ出ることを防ぐとともに、コバ面からのターゲット側材料４２２のスパッタを抑制し、ターゲット兼用シャッタ４２の成膜時のターゲット側材料４２２による不純物汚染を低減できる。
【００８９】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２をるつぼ型に構成することで、熱による融解時でもシャッタ機能を喪失することなくターゲット兼用シャッタ４２を使用できる。さらに、ターゲット側材料４２２がＴａで構成されることで、直接接触時にターゲット１２を汚染することも防止できる。
【００９０】
［実施例９］
本実施例９において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００９１】
本実施例９では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１３に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００９２】
ターゲット兼シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１に、ターゲット１１，１２と異なる材料を配置し、シャッタの基板側材料４２１をスパッタすることで、成膜をしている。しかし、実施例８で述べたように、ターゲット側材料４２２のコバ面、さらには側面がスパッタされることも見逃せない。
【００９３】
従って、ターゲット兼シャッタ４２のスパッタ面において、基板側材料４２１の面積をターゲット側材料４２２の面積と同じ、もしくは大きくする。それにより、図１３に示すように、シャッタ４２の基板３１側の材料以外で構成された側面４２２２からのスパッタによる粒子が基板３１に到達しないようにすることができる。図１３において、符号４２２１は、シャッタ４２の基板３１側の材料以外で構成されたコバ面を示している。
【００９４】
本実施例９の構成には、実施例５、６の化学的、機械的な接合構成を適用することができる。また、図１３に示すように実施例７のるつぼ型シャッタと同時に用いると、熱による変形しか防止できなくなるが、コバ面４２２１からのスパッタをなくすことができる。
【００９５】
この結果、熱による変形を抑制、直接接触時のターゲット１２の汚染を防止するとともに、基板側材料４２１以外の材料による成膜時の不純物汚染を低減できる。
【００９６】
［実施例１０］
本実施例１０において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００９７】
本実施例１０では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１４に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００９８】
ターゲット兼シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１に、ターゲット１１，１２と異なる材料を配置し、シャッタの基板側材料４２１をスパッタすることで、成膜をしている。しかし、実施例８で述べたように、ターゲット側材料４２２のコバ面４２２１、さらには側面４２２２がスパッタされることも見逃せない。
【００９９】
従って、ターゲット兼シャッタ４２における、基板側材料４２１以外の部分において、コバ面４２２１のような基板３１側の面や側面４２２２を、基板側材料４２１で被膜する。本手段は、実施例５、６、７、８、９と同時に用いることができる。図１４で示しているのは、実施例７と組み合わせた場合である。
【０１００】
この結果、熱による変形を抑制、熱による融解時でもシャッタ機能の喪失を防止、直接接触時のターゲット１２の汚染を防止するとともに、基板側材料４２１以外の材料による成膜時の不純物汚染を低減できる。
【０１０１】
以上のように、スパッタリング装置１を用いたスパッタリング方法（成膜方法）では、真空チャンバ２内で基板ホルダ３２に保持された基板３１に対向可能な状態にカソード機構２１，２２で夫々支持された互いに材質の異なるターゲット１１，１２を用いる。そして、基板３１と各ターゲット１１，１２との間にシャッタ４１，４２を個別に進退させることで各ターゲット１１，１２で発生した成膜粒子を遮蔽又は開放し、スパッタリングによって基板３１に薄膜を成膜する。この成膜方法では、シャッタ４１，４２の少なくとも１つ、例えばシャッタ４２を、ターゲット１１，１２の材料とは異なるターゲット材料で構成してターゲット兼用シャッタとしてスパッタリングを行う。
【０１０２】
このため、元々スパッタリング装置に付随しているシャッタをターゲットとして兼用したターゲット兼用シャッタ４２とすることで、別途複雑なカソード機構を用意して装置の大型化を招くようなおそれがない。これにより、装置機構の複雑化を抑えて簡素化し、装置コストの上昇を抑制することができる。
【０１０３】
［実施例１１］
本実施例１１においても、基本的な装置形態は、実施例１と同様である。図面は、図７を参照する。
【０１０４】
本実施例１１では、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２側に向いた面をターゲット１２に直接接触させることにより導通する。即ち、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する場合、以下のようにする。
【０１０５】
すなわち、図７に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２が閉止された状態において、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２に直接接触させて、シャッタ４２とターゲット１２とを同電位にする。
【０１０６】
この場合、両者が全面で接触するが、実際は例えば、ターゲット兼用シャッタ４２の消耗や熱による変形、ターゲット１２の消耗による形状変化が発生することがある。そのため、シャッタ４２を上下機構により下げても隙間なく全面に接触しないことがある。シャッタ４２とターゲット１２との間に隙間があると、その隙間の幅によって放電電圧が変動し、成膜速度が一定にならない。
【０１０７】
そこで、シャッタ４２には、遮蔽用の開閉機構、及び接離用の上下機構に加えて、駆動装置６にはシャッタ４２の傾き角度を調整可能な不図示の「あおり機構」を具備させた。つまり、ターゲット兼用シャッタ４２を、シャッタの傾きを変える「あおり動作」を実行可能に構成した。本あおり機構により、シャッタ４２の変形やターゲット１２の形状変化に合わせて、シャッタ４２の傾きを変えることで、隙間なく全面で接触させることが可能になる。
【０１０８】
この場合、両者が全面で接触し、両者間に空間がないため、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１は発生しない。このため、ターゲット１２のＳｉを汚染することなく、ターゲット兼用シャッタ４２のＡｌを基板３１にのみ到達させることができる。
【０１０９】
この結果、Ｓｉターゲット１２を介してターゲット兼用シャッタ４２にも電圧が印加され、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側にプラズマ７２２が発生して、Ａｌ２Ｏ３が基板３１に成膜される。この際、ターゲット兼用シャッタ４２によるスパッタリングはコンベンショナルに近い状態となるため、成膜レートは低減するが、Ａｌ２Ｏ３は多層膜の全体の膜厚の１０％以下の厚みであることから、全体の成膜工程への影響は小さい。
【符号の説明】
【０１１０】
１…成膜装置（スパッタリング装置）、２…真空チャンバ、５，６…駆動装置、１１，１２…ターゲット、２１，２２…カソード機構、３１…成膜対象物（基板）、３２…ホルダ部（基板ホルダ）、４１…シャッタ、４２…シャッタ（ターゲット兼用シャッタ）、５１…ＤＣ電源（電源）、５２…配線、６１…導電性の突起、４２１…基板側材料、４２２…ターゲット側材料、４２３…シャッタの第３の材料、４２４…ボルト、４２２１…シャッタの基板側の材料以外で構成されたコバ面、４２２２…シャッタの基板側の材料以外で構成された側面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングにより薄膜を形成するための成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置、ディスプレー装置、照明装置、撮像装置、その他の電子部品、光学部品等を製造する過程においては、薄膜形成技術が不可欠である。薄膜を形成するための方法として、スパッタリング方法が良く知られている。スパッタリングによる薄膜形成技術は、低温薄膜形成が可能、大面積薄膜形成が可能、成膜パラメータの電気的制御が容易である等の利点がある。
【０００３】
スパッタリング方法は、スパッタリング装置により実施される。このようなスパッタリング方法では、加速されたイオンをターゲットに対して照射し、ターゲットからターゲット粒子を弾き出し、そのターゲット粒子を、シリコンウェーハ上やガラス基板上に薄膜状に堆積させる。
【０００４】
スパッタリングによる薄膜形成技術は、蒸着法やＣＶＤ（化学気相成長法：Chemical Vapor Deposition）法と比較して、性能面で優れる部分も多い反面、装置機構が複雑になる場合がある。例えばターゲットが複数（例えば３個）備えた従来のスパッタリング装置７１について、模式的に示す図１５を参照して説明する。
【０００５】
図１５に示すように、従来のスパッタリング装置７１は、真空チャンバ７２を備えている。真空チャンバ７２内の上部には、一端を接地されてアノードとして機能する基板ホルダ３２が配置されており、この基板ホルダ３２には基板３１が着脱可能に保持される。基板３１として用いるレンズに形成する膜は、一般的な光学部品の反射防止膜であり、例えばＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなる多層膜である。
【０００６】
真空チャンバ７２内の中央部にはカソード機構２１，２２，２３が配置されており、これらカソード機構２１，２２，２３には、電源スイッチ３，４，１０を介して高電圧を印加可能な直流の高圧電源（以下、ＤＣ電源）５１が接続されている。ＤＣ電源５１は、陰極が電源スイッチ３，４，１０側に接続され、陽極が接地されている。カソード機構２１，２２，２３は並列に配置され、これらの上部にターゲット１１，１２，１３が着脱可能に取り付けられている。ターゲット１１はＴａにより構成され、ターゲット１２はＳｉにより構成され、ターゲット１３はＡｌにより構成されている。
【０００７】
真空チャンバ７２内の上部には、ターゲット１１，１２，１３と基板３１との間に位置するようにＳＵＳ（ステンレス）製のシャッタ４１，４４，４３が個別に配置されている。シャッタ４１は、真空チャンバ７２外部に配置された駆動装置５に連結されて、ターゲット１１の上部に所定空間をあけた状態で進退可能に構成されている。シャッタ４４は、真空チャンバ７２外部に配置された駆動装置６に連結されて、ターゲット１２の上部に所定空間をあけた状態で進退可能に構成されている。シャッタ４３は、真空チャンバ７２外部に配置された駆動装置９に連結されて、ターゲット１３の上部に所定空間をあけた状態で進退可能に構成されている。なお、図１５における符号７２１は、ターゲット１２上に発生するプラズマを示している。
【０００８】
従来のスパッタリング装置７１では、Ｔａターゲット１１、Ｓｉターゲット１２、Ａｌターゲット１３ごとにカソード機構２１，２２，２３が個別に必要になって、機構が複雑になっており、それに伴い、装置コストも上昇している（特許文献１、２参照）。
【０００９】
ところで、同じ撮像装置に使用される光学部品でも、コストに比べて性能が優先される半導体露光装置などの産業用製品においては、装置コストの上昇は許容できても、一般的なコンシューマ向けのカメラや放送機器に用いる場合は、まずコストが最優先となる。また、光学部品における薄膜形成では、例えば反射防止膜を製作する場合、少なくとも２種類以上の複数材料をスパッタリングできる装置を用いる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−３３１４３２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、複数の材料をスパッタリングするためには、その分の個数だけ、ターゲットとそれに付随するカソード周辺部の機構をスパッタリング装置に配置しなければならない。その結果、機構の数だけ装置コストは上昇し、また機構の体積分だけ装置が大型化し、装置コストの上昇を引き起こすおそれがある。
【００１２】
そこで本発明は、スパッタリング等による複数材料の薄膜形成における装置機構の複雑化を抑えて簡素化し、装置コストの上昇を抑制することが可能な成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内で成膜対象物を保持するホルダ部と、前記真空チャンバ内で前記成膜対象物に対向可能な状態にターゲットをそれぞれ支持する複数のカソード機構と、互いに材質の異なる複数の前記ターゲットと前記成膜対象物との間に個別に進退して前記ターゲットで発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する複数のシャッタとを備え、スパッタリングによって前記成膜対象物に薄膜を成膜する成膜装置において、前記複数のシャッタの少なくとも１つを、前記複数のターゲットの材料とは異なるターゲット材料で形成してターゲット兼用シャッタとして構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、元々スパッタリング等の成膜装置に付随しているシャッタをターゲットとして兼用することにより、別途複雑なカソード機構を用意して装置の大型化を招くようなおそれがない。これにより、装置機構の複雑化を抑えて簡素化し、装置コストの上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるターゲットが可動するスパッタリング装置を示す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施形態におけるターゲットが固定され斜めを向いたスパッタリング装置を示す模式図である。
【図４】図１〜図３に共通する作動を示すフローチャート図である。
【図５】図１の構成を用いた実施例１におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図６】図１の構成を用いた実施例２におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図７】図１の構成を用いた実施例３におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図８】図１の構成を用いた実施例４におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図９】図１の構成を用いた実施例５におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１０】図１の構成を用いた実施例６におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１１】図１の構成を用いた実施例７におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１２】図１の構成を用いた実施例８におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１３】図１の構成を用いた実施例９におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１４】図１の構成を用いた実施例１０におけるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図１５】従来のスパッタリング装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に沿って、本発明に係る実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本発明に係る、スパッタリング方法（成膜方法）を実施可能なスパッタリング装置１の全体構成及びその機能について説明する。成膜装置としてのスパッタリング装置１のすべての制御系は、制御部としてのコンピュータ（不図示）に接続され、このコンピュータによる一括制御が可能とされている。制御部には、本スパッタリング方法を実施するためのプログラムが設定されている。
【００１７】
本実施形態のスパッタリング装置（成膜装置）１は、スパッタリングによって基板（成膜対象物）３１に薄膜を成膜するもので、図１に示すように、真空チャンバ２と、真空チャンバ内で基板３１を保持する基板ホルダ（ホルダ部）３２とを備えている。また、スパッタリング装置１は、真空チャンバ２内で基板３１に対向可能な状態にターゲット１１，１２をそれぞれ支持する複数（本実施形態では２つ）のカソード機構２１，２２を備えている。
【００１８】
更に、スパッタリング装置１は、互いに材質の異なる複数（本実施形態では２つ）のターゲット１１，１２と基板３１との間に個別に進退してターゲット１１，１２で発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する複数（２つ）のシャッタ４１，４２を備えている。複数のシャッタ４１，４２の少なくとも１つ（本実施形態ではシャッタ４２）は、遮蔽対象の上記ターゲット１１，１２の材料とは異なるターゲット材料で形成され、ターゲット兼用シャッタとして構成されている。
【００１９】
真空チャンバ２には、不図示の減圧ポンプによって排気されて所定の真空度に保たれた状態で、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスが導入される。真空チャンバ２内の上部には、一端を接地されてアノードとして機能する基板ホルダ（ホルダ部）３２が配置されており、この基板ホルダ３２には、成膜対象物としての基板３１が着脱可能に保持される。本実施形態において、基板３１にはレンズが用いられる。基板３１としてのレンズに形成される膜は、一般的な光学部品の反射防止膜であり、例えばＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなる多層膜である。
【００２０】
真空チャンバ２内の中央部にはカソード機構２１，２２が配置されており、これらカソード機構２１，２２には、制御部によって開閉制御される電源スイッチ３，４を介して高電圧を印加可能なＤＣ電源５１が接続されている。このＤＣ電源５１は、陰極が電源スイッチ３，４側に接続され、陽極が接地されている。カソード機構２１，２２は並列に配置され、これらの上部にＴａターゲット１１及びＳｉターゲット１２が着脱可能に取り付けられている。
【００２１】
真空チャンバ２内の上部には、ターゲット１１，１２と基板３１との間に位置するようにシャッタ４１，４２が配置されている。シャッタ４１は、真空チャンバ２外部に配置された駆動装置５に連結されて、Ｔａターゲット１１の上部に所定空間をあけた状態で進退可能（出没可能）に構成されている。また、ターゲット兼用シャッタ４２は、真空チャンバ２外部に配置された駆動装置６に連結されて、Ｓｉターゲット１２の上部に所定空間をあけた状態で進退可能（出没可能）に構成されている。シャッタ４１，４２用の上記駆動装置５，６は、遮蔽用の開閉機構だけでなく、シャッタ面の法線方向（図の上下方向）にシャッタ４１，４２を移動させる機構もそれぞれ有している。
【００２２】
駆動装置６は、上述のような機構を有している。そのため、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１１，１２の内の対応する１つのターゲット１２と基板ホルダ３２との間で、ターゲット１２で発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する機能と、ターゲット１２に対して接離する機能とを有する。本スパッタリング装置１では、ターゲット兼用シャッタ４２を用いたスパッタリング時には、この駆動装置６を動作させてシャッタ４２をターゲット１２側に移動させて少なくとも一部をターゲット１２に接触させる。これにより、ターゲット１２を介してシャッタ４２に電圧を印加する。
【００２３】
駆動装置５は、スパッタリング開始前のターゲット１１表面のクリーニングが目的であるプリスパッタ時には、シャッタ４１をターゲット１１から離れるように図中上方に移動させる。また、駆動装置６は、スパッタリング開始前のターゲット１２表面のクリーニングが目的であるプリスパッタ時には、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２から離れるように上方に移動させる。
【００２４】
このように、シャッタ４１，４２は、それぞれ駆動装置５，６によって、基板３１とターゲット１１，１２の間で粒子を遮断できるように開閉でき、かつシャッタ面から法線方向（図中の上下方向）に移動できるように構成される。また、シャッタ４１，４２と基板３１との間に膜厚分布制御用のマスクを取り付けることも可能である。
【００２５】
基板３１の表面に、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなる多層膜を形成する場合、Ａｌ２Ｏ３の膜厚は他のＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２に比べて薄くてよい場合などが、光学膜の設計上しばしばある。これに着目して成膜による成膜材料の損耗度が小さなＡｌのターゲットをターゲット兼用シャッタとして採用するとより好適である。もちろん、Ａｌ以外のターゲットをターゲット兼用シャッタとして採用することも可能である。
【００２６】
従って、本実施形態では、成膜材料であるＡｌからなるターゲット兼用シャッタ４２を用いることで、図１５に示した従来のスパッタリング装置におけるＡｌターゲット１３と、Ａｌターゲット１３用のシャッタ４３とを省略した構成としている。このため、従来は３つ必要であったカソード機構２１，２２，２３が１つ少ないカソード機構２１，２２となり、従来は３つ必要であったターゲット１１，１２，１３が１つ少ないターゲット１１，１２となった。つまりターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２とでカソード機構２２を共用することで、スパッタリング装置１の構成が大幅に簡素化することができる。
【００２７】
上述のように、本実施形態では、Ｔａの遮蔽用シャッタ４１に、真空チャンバ２の材質と同じであるＳＵＳを使用するが、成膜材料が４種の場合、例えばＮｂなどを使用してもよい。さらに、成膜材料が多い場合は、ターゲット兼用シャッタ４２を２枚重ねするなど、多段構造にしてもよい。ターゲット兼用シャッタの多段構造を用いると従来のスパッタリング装置とくらべて装置の簡素化のメリットが大きい。
【００２８】
また、シャッタのスパッタが長時間に及ぶ場合、加熱による変形や溶解を防止するため、シャッタに水冷ジャケットなどの冷却機構を搭載することもできる。
【００２９】
冷却機構の搭載は、装置構成の複雑化につながることから、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成してもよい。その際、シャッタの基板側の材料が、ターゲット１１，１２と異なる材料となる。例えば、２枚以上の合板で構成し強度を強くすることで、変形を防止しすることや、ターゲット兼用シャッタ４２をるつぼ型で形成し、その中にターゲット１１，１２と異なる材料を入れることで、融解の対策も可能になる。
【００３０】
さらに、上述の２材料以上で構成されたターゲット兼用シャッタ４２において、シャッタのターゲット側の材料を、その直下のターゲットと同じ材料とすることで、ターゲットの汚染を防止することができる。もしくは、ターゲット側の材料を、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ等、高融点、低線膨張係数をもつ導電性の材料及び前記材料の合金、化合物とすることでも、ターゲットの汚染を抑制することができる。
【００３１】
一方、２材料以上で構成されたターゲット兼用シャッタ４２において、シャッタのターゲット側の材料がスパッタされることにより、不純物が混入することがあることから、ターゲット側材料を、見えなくする、ターゲットと異なる材料で被膜することもできる。
【００３２】
基板３１は、例えば直径２００ｍｍかつ厚さ１００ｍｍのガラス基板が用いられ、成膜時には、不図示の機構により自転することも可能に保持される。また、基板３１は、上記のサイズの範囲内であれば、複数にすることも可能であり、その場合、自転は公転となる。
【００３３】
本実施形態において、カソード機構２１，２２には永久磁石を用いたＤＣマグネトロン方式を使用しているが、例えばＲＦ（高周波）放電や、コンベンショナル方式を使用することも可能である。
【００３４】
ターゲットには、例えば直径８インチのＴａターゲット１１及びＳｉターゲット１２が取り付けられており、各材料を切り替えて、基板３１上に成膜する。このターゲットの材料は交換することも可能である。この材料は、上記に限定されるものではなく、例えば、光学部品を作成する場合であれば、Ｍｇ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｙ、Ｗ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｇｄ、等の金属、並びにこれらの酸化物、フッ化物を用いることができる。
【００３５】
以上の構成を備えたスパッタリング装置１では、制御部のコントロールに基づいて電源スイッチ３，４が開閉制御されると、以下のようになる。つまり、真空チャンバ２内の基板ホルダ３２に保持された基板３１に、ＤＣ電源５１に接続されたカソード機構２１，２２に取り付けられたターゲット１１，１２上にプラズマ７２１が発生し、スパッタリングによる薄膜形成が開始される。
【００３６】
そして、陰極に保持されたターゲット１２にプラズマ中のイオンが衝突し、Ｓｉターゲット１２の原子がたたき出され、このスパッタ原子が基板３１に付着して膜を形成する。また、基板３１がＴａターゲット１１側に移動させられてシャッタ４１が開放した状態では、陰極に保持されたターゲット１１にプラズマ中のイオンが衝突し、Ｓｉターゲット１２の原子がたたき出され、このスパッタ原子が基板３１に付着して膜を形成する。
【００３７】
例えば、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する際には、制御部により駆動装置６を作動させ、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２に接近するように下方に移動させてターゲット１２に接触させる。このようにターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングする際と、後述するプリスパッタの際にはターゲット兼用シャッタ４２は閉じているが、ターゲット１２を用いてスパッタリングする際にはターゲット兼用シャッタ４２は開いている。なお、ターゲット１１，１２の交換直後や真空保管後には、ターゲット１１，１２の表面に酸化層などの汚染層が形成されていることがある。従って、そのままでスパッタリングを開始すると、ターゲット１１，１２とともに汚染層もスパッタされて、基板３１に形成される膜が不純物を含んだものとなる場合がある。このような不都合を防ぐために上記プリスパッタが実施される。
【００３８】
上記シャッタの開閉、上下移動の動作を含めた、Ａｌ２Ｏ３とＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２を成膜する場合の成膜工程について、図４のフローチャート図を参照して説明する。
【００３９】
成膜時には真空チャンバ２に、スパッタガスとして例えば、Ａｒガスが５０ｓｃｃｍ、反応性ガスとしてＯ２ガスが２０ｓｃｃｍ導入される。ターゲット１１，１２に投入する電力は、ＤＣ電源５１により例えば１ｋＷとしている。また、放電の安定化のために必要に応じて１００ｋＨｚオーダーの高周波を重畳してもよい。膜厚は、制御部により時間制御している。これら、ガスや電力等のプロセス条件は、材料や所望する膜質により変えることができる。
【００４０】
ターゲット１２と同電位にされてスパッタされるターゲット兼用シャッタ４２で形成される膜は、カソード機構２１，２２に設置されたターゲット１１，１２を使用している場合に比較し、材料にもよるが、成膜レートが１０％から６０％程度に低減する場合がある。これは、カソードに搭載された永久磁石から離れ、成膜方式がよりコンベンショナルに近い状態になるためである。しかし、例えば光学部品の形成する光学薄膜の場合、複数材料を要する多層膜であれば、薄くてもよい材料などにターゲット兼用シャッタ４２による成膜を行うことで、成膜レート低減の影響を最小限に抑えることも可能である。
【００４１】
図４に示すように、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２を用いてＡｌ２Ｏ３を基板３１に成膜する場合、シャッタ４１は、駆動装置５の作動により閉止された状態で上方に移動される。そして、ターゲット兼用シャッタ４２は、駆動装置６の作動により閉止された状態で下方に移動される。
【００４２】
そして、ターゲット１１のプリスパッタを行う場合、シャッタ４１は駆動装置５の作動により閉止された状態で上方に移動され、ターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６の作動により閉止された状態で上方に移動される。引き続き、ターゲット１１を用いてＴａ２Ｏ５を基板３１に成膜する場合、シャッタ４１は駆動装置５の作動で開放され、ターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６の作動で閉止された状態で上方に移動される。
【００４３】
また、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２のプリスパッタを行う場合、シャッタ４１は駆動装置５の作動で閉止された状態で上方に移動され、ターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６の作動で閉止された状態で上方に移動される。引き続き、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２を用いてＳｉＯ２を基板３１に成膜する場合、シャッタ４１は駆動装置５の作動で閉止された状態で上方に移動され、ターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６の作動で開放される。
【００４４】
なお、本実施形態において、基板３１とターゲット１１，１２との位置関係は、基板３１が図の左右に移動してターゲット１１，１２、又はＡｌからなるターゲット兼用シャッタ４２の正面に配置するように構成することもできる。
【００４５】
以下、図１に示した本実施形態の構成を変形した変形例について、図２及び図３を参照して説明する。
【００４６】
すなわち、図２に示す変形例１では、ターゲット１１，１２を回転するように構成している。つまり、ターゲット１１，１２を夫々取り付けられたカソード機構２１，２２が、上下方向にて背中合わせの形で連結された状態で、駆動装置７によって基板３１に対し回転して、個別に対向するように構成されている。この場合、カソード機構２１、ターゲット１１、シャッタ４１及び駆動装置５と、カソード機構２２、ターゲット１２、ターゲット兼用シャッタ４２及び駆動装置６とは、それぞれ一体的に駆動装置７によって回転するように構成される。カソード機構２１，２２には、それぞれ電源スイッチ３，４を介してＤＣ電源５１が接続される。
【００４７】
また、図３に示す変形例２では、基板３１もターゲット１１，１２も移動させなくてよいように、ターゲット１１，１２をそれぞれ基板３１に対して斜めに向いた状態に配置している。即ち、ターゲット１１，１２を夫々取り付けられたカソード機構２１，２２が、上部中央の基板３１に向かって斜めになるように配置されており、シャッタ４１は駆動装置５により、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２は駆動装置６により夫々作動させられる。カソード機構２１，２２には、夫々電源スイッチ３，４を介してＤＣ電源５１が接続される。
【００４８】
以上の変形例１及び２によっても、図１で説明した本実施形態のスパッタリング装置１と同様にスパッタリング及びプリスパッタを実施することができ、同様の効果を奏することができる。
【００４９】
以上のような本実施形態及び変形例１、２によると、元々スパッタリング装置に付随しているシャッタ４２をターゲットとして兼用したターゲット兼用シャッタ４２とすることで、別途複雑なカソード機構を用意して装置の大型化を招くようなおそれがない。これにより、装置機構の複雑化を抑えて簡素化し、装置コストの上昇を抑制することができる。
【００５０】
以下、本発明を適用したスパッタリング装置１による実施例について、図５〜図８を参照して説明する。図５〜図８において、図１〜図３で説明した構成部と共通する部分には、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
［実施例１］
本実施例１では、基本的な装置形態は、上述したＤＣマグネトロン方式、ターゲット１１にＴａ、ターゲット１２にＳｉ、ターゲット兼用シャッタ４２にＡｌ、シャッタ４１に真空チャンバ２と同材質のＳＵＳを使用したスパッタリング装置を用いる。
【００５２】
Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する場合、以下のようにする。即ち、図５に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２が閉止された状態において、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔がデバイ長以下になるように、ターゲット兼用シャッタ４２を下方に移動させる。
【００５３】
ここで、デバイ長は、成膜のプロセス条件にも依るが、通常のスパッタリングで用いるグロー放電条件下では、０．１［ｍｍ］〜５［ｍｍ］程度である。ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔をデバイ長以下にすることで、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１を発生させない。これにより、ターゲット１２のＳｉを汚染することなく、ターゲット兼用シャッタ４２のＡｌを基板３１にのみ到達させることができる。
【００５４】
本実施例１では、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２側に向いた面に導電性の突起６１を有し、ターゲット１２に突起６１を介して接触することにより導通する。突起６１の長さは、デバイ長以下に設定されている。即ち、ターゲット兼用シャッタ４２には、ターゲット兼用シャッタ４２のターゲット１２側の面に、面と垂直に突出する突起６１が設けられている。この突起６１の垂直方向の長さは、デバイ長以下であり、かつターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔と同じである。ターゲット兼用シャッタ４２のスパッタリング時、突起６１がターゲット１２に接触することで、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２とは同電位になっている。
【００５５】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２にもターゲット１２と同じ電圧が印加されて、ターゲット兼用シャッタ４２の基板側にプラズマ７２２が発生するため、Ａｌ２Ｏ３が基板３１に成膜されることになる。この際、ターゲット兼用シャッタ４２によるスパッタリングはコンベンショナルに近い状態となるため、成膜レートは低減するが、Ａｌ２Ｏ３は多層膜の全体の膜厚の１０％以下の厚みであることから、全体の成膜工程への影響は小さい。
【００５６】
［実施例２］
本実施例２では、基本的な装置形態は、実施例１と同様である。
【００５７】
Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する場合、以下のようにする。即ち、図６に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２が閉止された状態において、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔がデバイ長以下になるように、ターゲット兼用シャッタ４２を下方に移動させる。
【００５８】
ここで、デバイ長は、成膜のプロセス条件にも依るが、通常のスパッタリングで用いるグロー放電条件下では、０．１［ｍｍ］〜５［ｍｍ］程度である。ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔をデバイ長以下にすることで、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１を発生させない。これにより、ターゲット１２のＳｉを汚染することなく、ターゲット兼用シャッタ４２のＡｌを基板３１にのみ到達させることができる。
【００５９】
本実施例では、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２に対応するカソード機構２２に電圧を供給するＤＣ電源５１から配線５２を介して直接に電圧を印加される。つまり、ターゲット１２に使用しているＤＣ電源５１をターゲット兼用シャッタ４２に配線５２を介して繋げ、ＤＣ電源５１からの電圧をターゲット兼用シャッタ４２に印加している。なお、この構成に限らず、ＤＣ電源５１と異なる電源を別途設け、この電源からターゲット兼用シャッタ４２に電圧を印加するように構成することも可能である。
【００６０】
本実施例では、ターゲット兼用シャッタ４２にも電圧が直接に印加され、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側にプラズマ７２２が発生して、Ａｌ２Ｏ３が基板３１に成膜される。この際、ターゲット兼用シャッタ４２によるスパッタリングはコンベンショナルに近い状態となるため、成膜レートは低減するが、Ａｌ２Ｏ３は多層膜の全体の膜厚の１０％以下の厚みであることから、全体の成膜工程への影響は小さい。
【００６１】
［実施例３］
本実施例３においても、基本的な装置形態は、実施例１と同様である。
【００６２】
本実施例３では、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２側に向いた面をターゲット１２に直接接触させることにより導通する。即ち、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する場合、以下のようにする。即ち、図７に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２が閉止された状態において、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２に直接接触させて、シャッタ４２とターゲット１２とを同電位にする。この場合、両者が全面で接触し、両者間に空間がないため、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１は発生しない。このため、ターゲット１２のＳｉを汚染することなく、ターゲット兼用シャッタ４２のＡｌを基板３１にのみ到達させることができる。
【００６３】
この結果、Ｓｉターゲット１２を介してターゲット兼用シャッタ４２にも電圧が印加され、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側にプラズマ７２２が発生して、Ａｌ２Ｏ３が基板３１に成膜される。この際、ターゲット兼用シャッタ４２によるスパッタリングはコンベンショナルに近い状態となるため、成膜レートは低減するが、Ａｌ２Ｏ３は多層膜の全体の膜厚の１０％以下の厚みであることから、全体の成膜工程への影響は小さい。
【００６４】
［実施例４］
本実施例４においても、基本的な装置形態は、実施例１と同様である。
【００６５】
本実施例４では、ターゲット兼用シャッタ４２は、スパッタリング開始前のプリスパッタ時にはその対応する１つのターゲット１２から離間する。そして、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔がデバイ長を超える寸法に設定される。即ち、スパッタリング開始前のターゲット１２表面のクリーニングを目的とするプリスパッタをする際には、以下のようにする。つまり、図８に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２を閉止した状態で、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２との間隔がデバイ長を超える寸法になるように、ターゲット兼用シャッタ４２を上方に移動させる。
【００６６】
ここで、デバイ長は成膜のプロセス条件にもよるが、通常のスパッタリングでも用いるグロー放電条件下では、０．１［ｍｍ］〜５［ｍｍ］程度である。ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２とをデバイ長を超える値にすることで、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１を発生させて、ターゲット１２のＳｉのプリスパッタを可能にすることができる。この結果、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２からの成膜粒子の遮蔽体として機能し、ターゲット１２表面のクリーニングを行うことができる。
【００６７】
［実施例５］
本実施例５において、基本的な装置形態は、ターゲット１１がＳｉ、ターゲット１２がＴａである点以外は、図９に示すように、実施例１と同様である。
【００６８】
本実施例５は、ターゲット兼用シャッタ４２の構成自体に関わる実施例である。実際の実施形態としては、上述の実施例１から実施例４の全てにおいて効果を発揮することができる。最大の効果が発揮されるのは、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２に直接接触し、ターゲット兼シャッタ４２がターゲット１１，１２を汚染してしまうおそれのある実施例３（図７）の形態の場合である。
【００６９】
本実施例５では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成している。その際、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側（成膜対象物側）に位置する基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料で構成されている。
【００７０】
ターゲット兼用シャッタ４２は、熱による変形を抑制するために、２枚以上の合板で構成される。その際、ターゲット１２側に位置するターゲット側材料４２２は、融解することなく、熱による変形を抑制できるように、高融点、低線膨張係数の導電性材料で構成される。ターゲット側材料４２２は、ターゲット１２と同じ材料であることが好ましく、本実施例ではＴａとされる。
【００７１】
基板側材料４２１とターゲット側材料４２２とは、化学的に接合されており、例えば、Ｉｎなどのボンディング接合用の第３の材料４２３を利用する。
【００７２】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２は、２枚以上の合板化及びターゲット側材料４２２の低線膨張の効果で、熱による変形を抑制できる。さらに、ターゲット側材料４２２がＴａで構成されることで、直接接触時にターゲット１２を汚染することも防止できる。
【００７３】
［実施例６］
本実施例６において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００７４】
本実施例６では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１０に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００７５】
ターゲット兼用シャッタ４２は、熱による変形を抑制するために、２枚以上の合板で構成される。その際、ターゲット１２側のターゲット側材料４２２は、融解することなく、熱による変形を抑制できるように、高融点、低線膨張係数の導電性材料で構成される。好ましくは、ターゲット１２と同じ材料で、本実施例ではＴａである。
【００７６】
基板側材料４２１とターゲット側材料４２２とは、機械的に接合されており、例えば、ボルト４２４などを用いて接合する。
【００７７】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２は、２枚以上の合板化及びターゲット側材料４２２の低線膨張の効果で、熱による変形を抑制できる。さらに、ターゲット側材料４２２がＴａで構成されることで、直接接触時にターゲット１２を汚染することも防止できる。
【００７８】
［実施例７］
本実施例７において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００７９】
本実施例７では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１１に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００８０】
ターゲット兼用シャッタ４２は、融解した場合のシャッタ機能の喪失を防止するため、るつぼ型に構成されており、その中にターゲット１１，１２と異なる材料である基板側材料４２１が収容されている。
【００８１】
その際、るつぼとなるターゲット側材料４２２は、融解することなく、熱による変形が発生しないように、高融点、低線膨張係数の導電性材料で構成される。好ましくは、ターゲット１２と同じ材料で、本実施例ではＴａである。また、るつぼとなるターゲット側材料４２２と基板側材料４２１とを、実施例５及び６のような方法で接合しておくことで、基板側材料４２１の熱による変形も防止できる。
【００８２】
本るつぼの端部は、基板側材料４２１の高さよりも高くすることで、融解時に周辺にこぼれ出ることを防いでいる。
【００８３】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２をるつぼ型に構成することで、熱による融解時でもシャッタ機能を喪失することなくターゲット兼用シャッタ４２を使用できる。さらに、ターゲット側材料４２２がＴａで構成されることで、直接接触時にターゲット１２を汚染することも防止できる。
【００８４】
［実施例８］
本実施例８において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００８５】
本実施例８では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１２に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００８６】
ターゲット兼用シャッタ４２は、融解した場合のシャッタ機能の喪失を防止するために、るつぼ型に構成されており、その中にターゲット１１，１２と異なる材料である基板側材料４２１が収容されている。
【００８７】
その際、るつぼとなるターゲット側材料４２２は、融解することなく、熱による変形が発生しないように、高融点、低線膨張係数の導電性材料で構成される。好ましくは、ターゲット１２と同じ材料で、本実施例ではＴａである。また、るつぼとなるターゲット側材料４２２と基板側材料４２１とを、実施例５及び６のような方法で接合しておくことで、基板側材料４２１の熱による変形も防止できる。
【００８８】
本るつぼの端部のコバが、先端で終端していることで、融解時に周辺にこぼれ出ることを防ぐとともに、コバ面からのターゲット側材料４２２のスパッタを抑制し、ターゲット兼用シャッタ４２の成膜時のターゲット側材料４２２による不純物汚染を低減できる。
【００８９】
この結果、ターゲット兼用シャッタ４２をるつぼ型に構成することで、熱による融解時でもシャッタ機能を喪失することなくターゲット兼用シャッタ４２を使用できる。さらに、ターゲット側材料４２２がＴａで構成されることで、直接接触時にターゲット１２を汚染することも防止できる。
【００９０】
［実施例９］
本実施例９において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００９１】
本実施例９では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１３に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００９２】
ターゲット兼シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１に、ターゲット１１，１２と異なる材料を配置し、シャッタの基板側材料４２１をスパッタすることで、成膜をしている。しかし、実施例８で述べたように、ターゲット側材料４２２のコバ面、さらには側面がスパッタされることも見逃せない。
【００９３】
従って、ターゲット兼シャッタ４２のスパッタ面において、基板側材料４２１の面積をターゲット側材料４２２の面積と同じ、もしくは大きくする。それにより、図１３に示すように、シャッタ４２の基板３１側の材料以外で構成された側面４２２２からのスパッタによる粒子が基板３１に到達しないようにすることができる。図１３において、符号４２２１は、シャッタ４２の基板３１側の材料以外で構成されたコバ面を示している。
【００９４】
本実施例９の構成には、実施例５、６の化学的、機械的な接合構成を適用することができる。また、図１３に示すように実施例７のるつぼ型シャッタと同時に用いると、熱による変形しか防止できなくなるが、コバ面４２２１からのスパッタをなくすことができる。
【００９５】
この結果、熱による変形を抑制、直接接触時のターゲット１２の汚染を防止するとともに、基板側材料４２１以外の材料による成膜時の不純物汚染を低減できる。
【００９６】
［実施例１０］
本実施例１０において、基本的な装置形態は、実施例５と同様である。
【００９７】
本実施例１０では、ターゲット兼用シャッタ４２を２材料以上で構成する。その際、図１４に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１は、ターゲット１１，１２と異なる材料となっている。
【００９８】
ターゲット兼シャッタ４２の基板３１側の基板側材料４２１に、ターゲット１１，１２と異なる材料を配置し、シャッタの基板側材料４２１をスパッタすることで、成膜をしている。しかし、実施例８で述べたように、ターゲット側材料４２２のコバ面４２２１、さらには側面４２２２がスパッタされることも見逃せない。
【００９９】
従って、ターゲット兼シャッタ４２における、基板側材料４２１以外の部分において、コバ面４２２１のような基板３１側の面や側面４２２２を、基板側材料４２１で被膜する。本手段は、実施例５、６、７、８、９と同時に用いることができる。図１４で示しているのは、実施例７と組み合わせた場合である。
【０１００】
この結果、熱による変形を抑制、熱による融解時でもシャッタ機能の喪失を防止、直接接触時のターゲット１２の汚染を防止するとともに、基板側材料４２１以外の材料による成膜時の不純物汚染を低減できる。
【０１０１】
以上のように、スパッタリング装置１を用いたスパッタリング方法（成膜方法）では、真空チャンバ２内で基板ホルダ３２に保持された基板３１に対向可能な状態にカソード機構２１，２２で夫々支持された互いに材質の異なるターゲット１１，１２を用いる。そして、基板３１と各ターゲット１１，１２との間にシャッタ４１，４２を個別に進退させることで各ターゲット１１，１２で発生した成膜粒子を遮蔽又は開放し、スパッタリングによって基板３１に薄膜を成膜する。この成膜方法では、シャッタ４１，４２の少なくとも１つ、例えばシャッタ４２を、ターゲット１１，１２の材料とは異なるターゲット材料で構成してターゲット兼用シャッタとしてスパッタリングを行う。
【０１０２】
このため、元々スパッタリング装置に付随しているシャッタをターゲットとして兼用したターゲット兼用シャッタ４２とすることで、別途複雑なカソード機構を用意して装置の大型化を招くようなおそれがない。これにより、装置機構の複雑化を抑えて簡素化し、装置コストの上昇を抑制することができる。
【０１０３】
［実施例１１］
本実施例１１においても、基本的な装置形態は、実施例１と同様である。図面は、図７を参照する。
【０１０４】
本実施例１１では、ターゲット兼用シャッタ４２は、ターゲット１２側に向いた面をターゲット１２に直接接触させることにより導通する。即ち、Ａｌからなるターゲット兼用シャッタ４２をスパッタリングして基板３１に成膜する場合、以下のようにする。
【０１０５】
すなわち、図７に示すように、ターゲット兼用シャッタ４２が閉止された状態において、ターゲット兼用シャッタ４２をターゲット１２に直接接触させて、シャッタ４２とターゲット１２とを同電位にする。
【０１０６】
この場合、両者が全面で接触するが、実際は例えば、ターゲット兼用シャッタ４２の消耗や熱による変形、ターゲット１２の消耗による形状変化が発生することがある。そのため、シャッタ４２を上下機構により下げても隙間なく全面に接触しないことがある。シャッタ４２とターゲット１２との間に隙間があると、その隙間の幅によって放電電圧が変動し、成膜速度が一定にならない。
【０１０７】
そこで、シャッタ４２には、遮蔽用の開閉機構、及び接離用の上下機構に加えて、駆動装置６にはシャッタ４２の傾き角度を調整可能な不図示の「あおり機構」を具備させた。つまり、ターゲット兼用シャッタ４２を、シャッタの傾きを変える「あおり動作」を実行可能に構成した。本あおり機構により、シャッタ４２の変形やターゲット１２の形状変化に合わせて、シャッタ４２の傾きを変えることで、隙間なく全面で接触させることが可能になる。
【０１０８】
この場合、両者が全面で接触し、両者間に空間がないため、ターゲット兼用シャッタ４２とターゲット１２間にプラズマ７２１は発生しない。このため、ターゲット１２のＳｉを汚染することなく、ターゲット兼用シャッタ４２のＡｌを基板３１にのみ到達させることができる。
【０１０９】
この結果、Ｓｉターゲット１２を介してターゲット兼用シャッタ４２にも電圧が印加され、ターゲット兼用シャッタ４２の基板３１側にプラズマ７２２が発生して、Ａｌ２Ｏ３が基板３１に成膜される。この際、ターゲット兼用シャッタ４２によるスパッタリングはコンベンショナルに近い状態となるため、成膜レートは低減するが、Ａｌ２Ｏ３は多層膜の全体の膜厚の１０％以下の厚みであることから、全体の成膜工程への影響は小さい。
【符号の説明】
【０１１０】
１…成膜装置（スパッタリング装置）、２…真空チャンバ、５，６…駆動装置、１１，１２…ターゲット、２１，２２…カソード機構、３１…成膜対象物（基板）、３２…ホルダ部（基板ホルダ）、４１…シャッタ、４２…シャッタ（ターゲット兼用シャッタ）、５１…ＤＣ電源（電源）、５２…配線、６１…導電性の突起、４２１…基板側材料、４２２…ターゲット側材料、４２３…シャッタの第３の材料、４２４…ボルト、４２２１…シャッタの基板側の材料以外で構成されたコバ面、４２２２…シャッタの基板側の材料以外で構成された側面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、前記真空チャンバ内で成膜対象物を保持するホルダ部と、前記真空チャンバ内で前記成膜対象物に対向可能な状態にターゲットをそれぞれ支持する複数のカソード機構と、互いに材質の異なる複数の前記ターゲットと前記成膜対象物との間に個別に進退して前記ターゲットで発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する複数のシャッタとを備え、スパッタリングによって前記成膜対象物に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記複数のシャッタの少なくとも１つを、前記複数のターゲットの材料とは異なるターゲット材料で形成してターゲット兼用シャッタとして構成した、ことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記ターゲット兼用シャッタは、前記複数のターゲットの内の対応する１つのターゲットと前記ホルダ部との間で、前記１つのターゲットで発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する動作と、前記１つのターゲットに対して接離する動作とを実行可能に構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記ターゲット兼用シャッタを用いたスパッタリング時には、前記ターゲット兼用シャッタを前記１つのターゲット側に移動させて少なくとも一部を接触させることにより、前記１つのターゲットを介して前記ターゲット兼用シャッタに電圧を印加する、ことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記ターゲット兼用シャッタは、前記１つのターゲット側に向いた面に導電性の突起を有し、前記１つのターゲットに前記突起を介して接触することにより導通する、ことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記突起の長さがデバイ長以下に設定される、ことを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記ターゲット兼用シャッタは、前記１つのターゲット側に向いた面を前記１つのターゲットに直接接触させることにより導通する、ことを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
【請求項７】
前記ターゲット兼用シャッタは、前記１つのターゲットに対応する前記カソード機構に電圧を供給する電源から配線を介して直接に電圧を印加される、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記ターゲット兼用シャッタは、スパッタリング開始前のプリスパッタ時にはその対応する前記１つのターゲットから離間する、ことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記ターゲット兼用シャッタと前記１つのターゲットとの間隔がデバイ長を超える寸法に設定される、ことを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記ターゲット兼用シャッタは、２材料以上で構成され、
前記複数のターゲットの材料と異なるターゲット材料を、前記成膜対象物側に配置した、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記ターゲット兼用シャッタは、シャッタの傾きを変えるあおり動作を実行可能に構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項１２】
真空チャンバ内でホルダ部に保持された成膜対象物に対向可能な状態に複数のカソード機構でそれぞれ支持された互いに材質の異なる複数のターゲットを用い、前記成膜対象物と前記各ターゲットとの間に複数のシャッタを個別に進退させることで前記各ターゲットで発生した成膜粒子を遮蔽又は開放し、スパッタリングによって前記成膜対象物に薄膜を成膜する成膜方法において、
前記複数のシャッタの少なくとも１つを、前記複数のターゲットの材料とは異なるターゲット材料で構成してターゲット兼用シャッタとしてスパッタリングを行う、ことを特徴とする成膜方法。
【請求項１】
真空チャンバと、前記真空チャンバ内で成膜対象物を保持するホルダ部と、前記真空チャンバ内で前記成膜対象物に対向可能な状態にターゲットをそれぞれ支持する複数のカソード機構と、互いに材質の異なる複数の前記ターゲットと前記成膜対象物との間に個別に進退して前記ターゲットで発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する複数のシャッタとを備え、スパッタリングによって前記成膜対象物に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記複数のシャッタの少なくとも１つを、前記複数のターゲットの材料とは異なるターゲット材料で形成してターゲット兼用シャッタとして構成した、ことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記ターゲット兼用シャッタは、前記複数のターゲットの内の対応する１つのターゲットと前記ホルダ部との間で、前記１つのターゲットで発生した成膜粒子を遮蔽又は開放する動作と、前記１つのターゲットに対して接離する動作とを実行可能に構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記ターゲット兼用シャッタを用いたスパッタリング時には、前記ターゲット兼用シャッタを前記１つのターゲット側に移動させて少なくとも一部を接触させることにより、前記１つのターゲットを介して前記ターゲット兼用シャッタに電圧を印加する、ことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記ターゲット兼用シャッタは、前記１つのターゲット側に向いた面に導電性の突起を有し、前記１つのターゲットに前記突起を介して接触することにより導通する、ことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記突起の長さがデバイ長以下に設定される、ことを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記ターゲット兼用シャッタは、前記１つのターゲット側に向いた面を前記１つのターゲットに直接接触させることにより導通する、ことを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
【請求項７】
前記ターゲット兼用シャッタは、前記１つのターゲットに対応する前記カソード機構に電圧を供給する電源から配線を介して直接に電圧を印加される、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記ターゲット兼用シャッタは、スパッタリング開始前のプリスパッタ時にはその対応する前記１つのターゲットから離間する、ことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記ターゲット兼用シャッタと前記１つのターゲットとの間隔がデバイ長を超える寸法に設定される、ことを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記ターゲット兼用シャッタは、２材料以上で構成され、
前記複数のターゲットの材料と異なるターゲット材料を、前記成膜対象物側に配置した、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記ターゲット兼用シャッタは、シャッタの傾きを変えるあおり動作を実行可能に構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項１２】
真空チャンバ内でホルダ部に保持された成膜対象物に対向可能な状態に複数のカソード機構でそれぞれ支持された互いに材質の異なる複数のターゲットを用い、前記成膜対象物と前記各ターゲットとの間に複数のシャッタを個別に進退させることで前記各ターゲットで発生した成膜粒子を遮蔽又は開放し、スパッタリングによって前記成膜対象物に薄膜を成膜する成膜方法において、
前記複数のシャッタの少なくとも１つを、前記複数のターゲットの材料とは異なるターゲット材料で構成してターゲット兼用シャッタとしてスパッタリングを行う、ことを特徴とする成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１７７１９１（Ｐ２０１２−１７７１９１Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３１６９（Ｐ２０１２−１３１６９）
【出願日】平成２４年１月２５日（２０１２．１．２５）
【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２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月２５日（２０１２．１．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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