JP2001288565A

JP2001288565A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JP2001288565A
Application number: JP2000103400A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木; Kenji Ando; 謙二安藤; Minoru Otani; 実大谷; Ryuji Hiroo; 竜二枇榔; Hidehiro Kanazawa; 秀宏金沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の成膜方法による薄膜は、所望の電気的
又は光学的特性が未だ不十分で、例えば、フッ素化合物
のような薄膜の電気的、光学的特性、或いは紫外光に晒
された場合の薄膜の耐久性などは更なる改善が求められ
ている。【解決手段】本発明は、被処理体Ｗを保持するための
保持手段２と、スパッタリングカソード3、4と、アノー
ド5と、を有するスパッタリング装置において、アノー
ド3は、前記スパッタリングカソード3、4と保持手段2に
保持される被処理体Ｗとの間の放電空間ＤＳを囲むよう
に、設けられ、保持手段2は、スパッタリングカソード
の傾斜スパッタ面4Ａ、4Ｂの法線方向における投影面外
12に被処理体Ｗを保持することを特徴とする。こうし
て、負イオンや陽イオンによる損傷を低減して、上記課
題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング装
置及びそれを用いた薄膜形成方法の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】レンズのような光学部品への被膜、半導
体素子製造の為の被膜、光磁気ディスクのような記録媒
体への被膜などにスパッタリング法が用いられている。

【０００３】これに用いられるスパッタリング装置は、
通常、被処理体を保持するための保持手段と、スパッタ
リングカソードと、を有し、被処理体とスパッタリング
カソードとの間の放電空間にスパッタリングガスを放出
し、スパッタリングカソードにＲＦ電圧又はＤＣ電圧を
印加して放電を起こす。そして、スパッタリングガスの
粒子がスパッタリングカソードとなるターゲットを叩
き、ターゲットから放出された粒子を被処理体に飛来せ
しめて被処理体に薄膜を形成する。

【０００４】よって、ターゲットは、形成すべき薄膜の
種類により選択される。例えばアルミニウムの薄膜を形
成する場合にはアルミニウムターゲットが用いられ、酸
化インジウム錫のような化合物薄膜を形成する場合には
酸化インジウム錫ターゲットが用いられる。

【０００５】これに対して、酸化アルミニウムのような
絶縁性化合物の薄膜を形成する場合には、アルミニウム
ターゲットを用いるとともに、スパッタリングガスに加
えて酸素のような反応性ガスを供給し、アルミニウムの
酸化反応を伴いながら薄膜を形成する方法があり、一般
に反応性スパッタリングとして知られている。

【０００６】近年では、酸化物に限らずあらゆる化合物
の薄膜を形成することが望まれており、なかには所望の
特性を示す薄膜の形成が困難なものもある。

【０００７】例えば、半導体素子の製造などに広く用い
られるステッパーまたはスキャナーと呼ばれる露光装置
は、半導体素子の微細化に伴って使用する光の波長の短
波長化が進んでおり、最近ではＦ２エキシマレーザー
（波長157ｎｍ）を扱うようになってきている。このよ
うな真空紫外光用のレンズやミラーとしては、フッ化カ
ルシウムのような基材に、フッ化マグネシウムやフッ化
ランタンやフッ化ガドリニウムなどのフッ素化合物薄膜
を形成した光学部品が用いられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
成膜方法による薄膜は、所望の電気的又は光学的特性が
未だ不十分である。例えば、フッ素化合物のような薄膜
の電気的、光学的特性、或いは紫外光に晒された場合の
薄膜の耐久性などは更なる改善が求められている。

【０００９】とりわけ、スパッタリングの場合には、放
電や粒子の衝突により発生し、カソード表面で加速され
た負イオンが、被処理体に到達し、被処理体自体やその
表面に形成されつつある被膜に損傷をもたらす。また、
放電や粒子の衝突により発生した陽イオンも被処理体に
向けて加速され被処理体や被膜に損傷を与える。

【００１０】このような損傷は、紫外光透過率の低下や
耐久性の低下として顕著に現れ、各種の被膜の信頼性を
低くしてしまう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、薄膜の
電気的、光学的特性、或いは紫外光に晒された場合の耐
久性などを向上させることができるスパッタリング装置
及び薄膜形成方法を提供することにある。本発明の別の
目的は、負イオンや陽イオンによる損傷を低減できるス
パッタリング装置及び薄膜形成方法を提供することにあ
る。

【００１２】本発明は、被処理体を保持するための保持
手段と、スパッタリングカソードと、アノードと、を有
するスパッタリング装置において、前記アノードは、前
記スパッタリングカソードと前記保持手段に保持される
前記被処理体との間の放電空間を囲むように、設けら
れ、前記保持手段は、前記スパッタリングカソードの傾
斜スパッタ面の法線方向における投影面外に前記被処理
体を保持することを特徴とする。

【００１３】本発明は、被処理体を保持するための保持
手段と、スパッタリングカソードと、アノードと、を有
するスパッタリング装置を用いて前記被処理体上に薄膜
を形成する薄膜形成方法において、前記アノードにより
囲まれた、前記スパッタリングカソードと前記保持手段
に保持される前記被処理体との間の放電空間に向けて、
スパッタ面が斜めになるように、前記スパッタリングカ
ソードとなるターゲットを配置し、前記スパッタ面の法
線方向における投影面外に前記被処理体を保持すること
を特徴とする。

【００１４】本発明によれば、被処理体がスパッタ面の
法線方向における投影面外に置かれているので、スパッ
タ面近傍で加速された負イオンが被処理体に入射し難く
なる。また、陽イオンは放電空間を囲むアノードに捕獲
されるので、陽イオンの被処理体への入射も抑制され
る。こうして、被処理体や薄膜の損傷が抑えられるの
で、電気的、光学的特性に優れ、且つ耐久性の優れた薄
膜を形成することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態による
スパッタリング装置の構成を示す模式的断面図である。

【００１６】図２は本発明に用いられるスパッタリング
カソードとなるターゲット4の上面図である。

【００１７】符号1は成膜室、2は保持手段、3はカソー
ド電極、4はターゲット、5はアノード、6はスパッタガ
ス供給管、7はスパッタガスとしての不活性ガス供給手
段、8は反応ガス供給管、9は反応ガス供給手段、10は排
気管、11は排気手段、12は放電用の電源、13は磁界発生
手段、14はシール部材である。

【００１８】このスパッタリング装置の主要な構成は、
被処理体Ｗを保持するための保持手段2と、スパッタリ
ングカソードとなるカソード電極3及びターゲット4と、
アノード5と、を有し、アノード5は、ターゲット4と保
持手段2に保持される被処理体Ｗとの間の放電空間ＤＳ
を囲むように、設けられ、保持手段2は、ターゲット4の
傾斜スパッタ面4Ａ、4Ｂの法線方向における投影面外の
領域12に前記被処理体を保持する構成である。

【００１９】成膜室1は、ステンレス鋼などの金属製の
隔壁や石英ガラスなどからなる窓により構成されてお
り、内部が減圧可能とされている。

【００２０】薄膜が形成される被処理体Ｗは保持手段2
の表面上に載置され保持される。

【００２１】ターゲット4は、カソード電極3の表面上に
載置され保持される。カソード電極3の裏面側には永久
磁石などの磁力発生手段13が設けられており、符号Ｍに
示すようなマグネトロン磁界が形成され、荷電粒子をタ
ーゲット4の傾斜スパッタ面4Ａ、4Ｂに閉じ込める。磁
束密度は、スパッタ面上において100Ｇ〜500Ｇとなるよ
うに設定すると良い。

【００２２】成膜室１内は、排気管10を通して、ロータ
リーポンプやターボ分子ポンプなどからなる排気手段11
により排気される。

【００２３】スパッタガスとしての不活性ガスは、スパ
ッタガス供給手段7からガス供給管6を通して成膜室1内
に供給される。ガス供給管6のガス放出口6Ａは、ターゲ
ット近傍に配置されており、ターゲット付近に不活性ガ
スを優先的に供給する。反応ガスは反応ガス供給手段9
から反応ガス供給管8を透して、被処理体Ｗの近傍に配
置された反応ガス放出口8Ａより放出される。図１で
は、ガス放出口6Ａ、8Ａは、放電空間ＤＳの周りを囲む
ように配された環状の管に設けられているものとして描
いているがこれに限定されるものではない。

【００２４】また、例えば反応ガス供給管の途中でマイ
クロ波放電などにより、反応ガスを予め励起して、成膜
室1に供給することも好ましいものである。

【００２５】スパッタリングカソード3,4付近にスパッ
タガスを放出し、被処理体Ｗ付近に反応性ガスを放出す
ることにより、ターゲット表面での反応ガスによる化合
物の生成を抑制して、スパッタレートが低下しないよう
に構成されている。

【００２６】アノード5は、高耐腐食性の金属のような
導伝性の板状の部材を加工して形成されている。また、
アノード5の高さｈを、スパッタリングカソードである
ターゲット4の短辺Ｌの1／2以上にすることにより、反
応ガスがターゲット４方向に拡散して到達することをよ
り一層抑止している。

【００２７】放電用の電源としてはＲＦ電源に代表され
る高周波電源を用いることもできるが、ここでは高スパ
ッタレートを得る為に、スパッタリングカソードとアノ
ードとの間に放電用にＤＣ電源を接続し、ＤＣグロー放
電を起こせるように構成されている。より好ましくはＤ
Ｃ電圧に、チャージキャンセル用の周波数1ＫＨｚ〜３
００ＫＨｚの高周波電圧を重畳させてスパッタリングカ
ソードに印加するとよい。

【００２８】スパッタリングカソードとなるターゲット
4は、図2に示すように、4つの傾斜面4Ａ〜4Ｄを有して
おり、寄せ棟造りの屋根のような上に凸の形状をしてい
る。いずれの傾斜スパッタ面の法線方向の投影面にも被
処理体Ｗが配置されないようになっている。符号15は傾
斜スパッタ面4Ａ、4Ｂの法線方向の投影方向における境
界を示している。傾斜スパッタ面4Ｃ、4Ｄと被処理体Ｗ
との位置関係も同様の関係になっている。

【００２９】ついで、本発明による薄膜の形成方法につ
いて説明する。

【００３０】まず、成膜室１を開けて、保持手段2に被
処理体Ｗを取り付ける。また、カソード電極4上に傾斜
スパッタ面を有するターゲット4を取り付ける。被処理
体Ｗとしてはフッ化カルシウム結晶、石英ガラス、シリ
コン、ガラス、樹脂などを用いることができる。ターゲ
ットは形成すべき薄膜の種類に応じて選択される。例え
ば、マグネシウム、アムミニウム、カルシウム、ランタ
ン、ネオジウム、ガドリニウム、イットリウムなどが好
ましく用いられる。

【００３１】そして、成膜室1を閉じて、排気手段11を
駆動して成膜室１内を少なくとも100Ｐａ以下の減圧状
態になるまで排気する。

【００３２】ガス供給手段7よりＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのような不活性ガス又は水素ガスを成膜室１内
に導入する。また、ガス供給手段９よりフッ素含有ガス
を導入する。フッ素含有ガスとしては、Ｆ₂、ＮＦ₃、Ｃ
Ｆ₄、或いはこれらのフッ素含有ガスの少なくとも一種
を不活性ガスで希釈した混合ガスが好ましく用いられ
る。また、フッ素含有ガスとしては、マイクロ波グロー
放電などにより予め活性化されたガス、即ちフッ素イオ
ン、フッ素ラジカル、原子状フッ素などを含むガスを用
いることも好ましいものである。

【００３３】排気手段11とガス供給手段７，９に設けら
れた弁やマスフローコントローラを調整して、成膜室１
内を0.1Ｐａ〜3.0Ｐａに維持する。

【００３４】一方、カソードには前述したように放電用
のＤＣ電圧を印加して、放電空間ＤＳにグロー放電を起
こす。

【００３５】スパッタガスの陽イオンなどの粒子がター
ゲット4のスパッタ面4Ａ〜4Ｄを叩き、叩きだされたタ
ーゲットの構成粒子が被処理体Ｗに到達して堆積する。
このとき被処理体Ｗの表面近傍には反応ガスが供給され
ているので、ターゲット構成粒子は反応ガスと反応し被
処理体Ｗ上にてフッ化物のような化合物薄膜となる。

【００３６】このとき、スパッタ面が傾斜しており、そ
の法線方向投影面には被処理体が存在しないので、スパ
ッタ面で加速された負イオンが直接被処理体に入射する
ことはない。アノードにより囲まれた放電領域ＤＳ内に
プラズマが閉じ込められ、被処理体近傍のプラズマ密度
が低くなっているので陽イオンによる被処理体の損傷が
低減される。フッ素は被処理体近傍に放出されるため
に、ターゲットのスパッタ面がフッ化されにくくなり、
安定した直流高速反応性スパッタリングが実現できる。

【００３７】所定の膜厚まで成膜できたら放電を止め、
ガスの供給を停止してから、通気を行い成膜室1内を大
気圧まで戻して、成膜室1を開放し、被膜が形成された
被処理体Ｗを取り出す。こうして得られた薄膜は、例え
ば紫外光を照射しても透過率が経時変化しない良質の膜
となる。

【００３８】このような膜は、基材上に単体又は積層体
とされて光学部品の反射防止膜や増反射膜やフィルター
等として機能しうるものである。

【００３９】こうして得られた光学部品を適宜組み合わ
せれば、レーザー発振器、露光装置等の光学装置を製造
しうる。

【００４０】図３は、光学装置の一例として、レーザー
発振器を有するホトリソグラフィー用の露光装置を示
す。

【００４１】ＡｒＦ、Ｆ₂エキシマレーザ光などの真空
紫外光を発光するレーザー発振器２０は、レーザーガス
チャンバー２１とフッ化カルシウムからなる一対の窓２
２と共振器２３とを有している。

【００４２】露光装置は照明光学系２５と結像光学系２
６とを有しており、それぞれ複数のレンズやミラー等の
光学部品の群により構成される。

【００４３】レーザー発振器２０から出射された光は照
明光学系２５を経て、光学マスクとしてのレチクル２７
に照射される。レチクル２７を通過した光は、結像光学
系２６を通して、保持手段としてのステージ２８上に載
置された被露光体（ワーク）ＷＫにレチクル２７の光像
を結像する。

【００４４】ワークＷＫの代表例は、ホトレジストを有
するＳｉウエハやガラスなどの基板である。ステップア
ンドリピート方式の場合は、ワークＷＫの１区画分のエ
リアを露光するたびにステージ２８を移動させて同じワ
ークＷＫの別の１区画分のエリアを露光する動作を繰返
し行う。スキャン方式の場合はレチクル２７とステージ
２８とを相対的に移動させながらワークＷＫ全面を結像
露光する。

【００４５】この露光により潜像が形成されたホトレジ
ストは現像され、エッチングやイオン打込み用のマスク
パターンとなる。

【００４６】その後は、マスクパターンを用いて基板に
イオンを打込んだり、基板表面をエッチングしたりす
る。

【００４７】こうして、基板の微細加工が可能となる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、被処理体や薄膜の損傷
が抑えられて、電気的、光学的特性に優れ、且つ耐久性
の優れた薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスパッタリング装置の模式的断面
図である。

【図２】本発明に用いられるスパッタリングターゲット
の上面図である。

【図３】本発明により被膜が形成された光学部品を用い
た光学装置の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１成膜室２保持手段３カソード電極４ターゲット５アノード６スパッタガス供給管７スパッタガス供給手段８反応ガス供給管９反応ガス供給手段１０排気管１１排気手段１２放電用の電源１３磁界発生手段

フロントページの続き (72)発明者大谷実東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者枇榔竜二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金沢秀宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 AA04 AA06 AA09 AA11 BA42 BD00 CA06 DA06 DC03 DC12 DC34 DC40 JA01 5F071 AA04 AA06 DD06 FF07 5F103 AA08 BB09 BB14 BB16 BB19 BB22 BB23 BB33 DD27 HH04 HH05 LL20 NN05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を保持するための保持手段と、
スパッタリングカソードと、アノードと、を有するスパ
ッタリング装置において、前記アノードは、前記スパッタリングカソードと前記保
持手段に保持される前記被処理体との間の放電空間を囲
むように、設けられ、前記保持手段は、前記スパッタリングカソードの傾斜ス
パッタ面の法線方向における投影面外に前記被処理体を
保持することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】前記スパッタリングカソード付近にスパ
ッタガスを放出し、前記被処理体付近に反応性ガスを放
出する請求項1記載のスパッタリング装置。
【請求項３】前記スパッタガスとして不活性ガスを供
給する不活性ガス供給手段と、前記反応性ガスとしてフ
ッ素含有ガスを供給する反応ガス供給手段と、を有する
請求項2記載のスパッタリング装置。
【請求項４】前記アノードの高さは、前記スパッタリ
ングカソードの短辺の1／2以上である請求項1記載のス
パッタリング装置。
【請求項５】前記スパッタリングカソードと前記アノ
ード間に放電用のＤＣ電源が接続されている請求項1記
載のスパッタリング装置。
【請求項６】前記スパッタリングカソードは、前記傾
斜スパッタ面を有する凸状のターゲットを含む請求項１
記載のスパッタリング装置。
【請求項７】被処理体を保持するための保持手段と、
スパッタリングカソードと、アノードと、を有するスパ
ッタリング装置を用いて前記被処理体上に薄膜を形成す
る薄膜形成方法において、前記アノードにより囲まれた、前記スパッタリングカソ
ードと前記保持手段に保持される前記被処理体との間の
放電空間に向けて、スパッタ面が斜めになるように、前
記スパッタリングカソードとなるターゲットを配置し、前記スパッタ面の法線方向における投影面外に前記被処
理体を保持することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項８】前記スパッタリングカソード付近にスパ
ッタガスを放出し、前記被処理体付近に反応性ガスを放
出する請求項７記載の薄膜形成方法。
【請求項９】前記スパッタガスとして不活性ガスを供
給し、前記反応性ガスとしてフッ素含有ガスを供給する
請求項8記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】前記アノードの高さに対する前記スパ
ッタリングカソードの短辺の長さを1／2以上とする請求
項７記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】前記スパッタリングカソードと前記ア
ノード間に放電用のＤＣ電圧を印加する請求項７記載の
薄膜形成方法。
【請求項１２】前記スパッタリングカソードとして、
傾斜スパッタ面を有する凸状のターゲットを用いる請求
項７記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】請求項７記載の薄膜形成方法により形
成された薄膜を有する光学部品。
【請求項１４】請求項１３記載の光学部品を備えた光
学装置。