專利名稱：成膜裝置以及成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基板的被成膜面(表面)形成金屬膜或介電質(zhì)膜等的成膜裝置以及成膜方法，特別涉及形成高平滑性的膜的成膜裝置以及成膜方法。此外，還涉及可對(duì)表面帶有溝槽等凹凸的基板形成均勻且平滑的成膜的成膜裝置以及成膜方法。
背景技術(shù)：
通過濺射法等形成光學(xué)薄膜的方法已經(jīng)被廣泛采用，但為了獲得所期望的光學(xué)特性，存在需要層疊多種薄膜的情況。特別是近年來，高精度的光學(xué)特性已成為普遍要求，與之相伴，增加疊層片數(shù)，使光學(xué)薄膜整體的膜厚變厚也成為一種傾向。進(jìn)而，伴隨著這樣的傾向，將需要形成光的吸收低(透射率高)、光學(xué)特性優(yōu)異、表面平滑的薄膜。
此外，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，為了提高基板的實(shí)際封裝密度，存在形成于基板上的接觸孔或配線用溝槽的寬高比(深度/孔徑或者溝槽寬)越來越大的傾向。進(jìn)而，例如，在使用了銅的半導(dǎo)體配線中必須對(duì)這樣的孔或者溝槽的內(nèi)側(cè)(側(cè)壁或底面)形成絕緣層或電解鍍用的籽晶層。
作為在這樣的表面帶有凹凸的基板上成膜的方法，例如，有眾所周知的利用濺射的方法(參照專利文獻(xiàn)1、2)。
另一方面，在具有臺(tái)階的基板上層疊優(yōu)異的光學(xué)薄膜的光學(xué)元件正在受到人們的注意。在這樣的光學(xué)元件中，必不可缺按照臺(tái)階的形狀的覆蓋性優(yōu)異、且光的吸收或漫反射極少，即光透射率高、表面平滑性優(yōu)異的光學(xué)薄膜。
專利文獻(xiàn)特開平8-264487號(hào)專利公報(bào)(第5～10頁(yè)、圖2～3)專利文獻(xiàn)特開2602276號(hào)專利公報(bào)(第4～6頁(yè)、圖1及圖13)

發(fā)明內(nèi)容
然而，在層疊多層光學(xué)薄膜等薄膜時(shí)，為了使各薄膜的表面不是平滑(平坦)的，以及為了使光的吸收極少，在經(jīng)過層疊的薄膜中，有時(shí)不能得到如同設(shè)計(jì)那樣的光學(xué)特性。為此，本發(fā)明將以在層疊薄膜的光學(xué)薄膜中，通過邊對(duì)各薄膜照射離子束邊連續(xù)地進(jìn)行成膜，形成具有接近設(shè)計(jì)值的光學(xué)特性的光學(xué)薄膜為目的。
另外，如果對(duì)薄膜帶有凹凸的基板進(jìn)行濺射，則在凹部的肩部(開口邊緣部)形成突出物(堵塞開口部地形成的膜)，由于該突出物的影響濺射粒子將難以到達(dá)凹部的側(cè)壁及底面。為此，在凹部的底面將不能均勻地形成所期望膜厚的薄膜，在該凹部埋入配線或者光學(xué)薄膜時(shí)，將造成埋入特性惡化的結(jié)果。此外，也不能良好地進(jìn)行對(duì)帶有凹凸的基板表面的敷層(沿著凹凸的均勻的成膜)。進(jìn)而，在基板上形成的薄膜的表面粗糙度較大時(shí)，光的透射率將低下，光學(xué)的損失變大。
因此，本發(fā)明目的在于在成膜電介質(zhì)膜之際，通過對(duì)基板的被成膜面照射離子束，促進(jìn)形成于被成膜面的膜的反應(yīng)性，提供光的透射率高且表面平滑性高的成膜裝置。
此外，本發(fā)明的目的還在于通過最佳化用離子槍照射的氣體的種類和離子束的加速電壓，可以對(duì)表面帶有凹凸的基板形成埋入特性以及敷層良好的薄膜，且可以減小膜層的表面粗糙度的成膜裝置。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明成膜裝置中的技術(shù)方案1所記載的發(fā)明的特征在于采用以下構(gòu)成，即在可以進(jìn)行真空排氣的真空室內(nèi)具有保持基板的保持部件；在基板上形成薄膜的成膜部件；通過等離子使薄膜與反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)部件；以及向基板照射離子束的離子槍，其中，通過離子束的照射進(jìn)行薄膜與反應(yīng)氣體的反應(yīng)促進(jìn)以及薄膜的蝕刻部分的其中之一或者兩者，形成經(jīng)過層疊的薄膜。
此外，技術(shù)方案2所記載的發(fā)明的特征在于在上述構(gòu)成的基礎(chǔ)上，保持部件為自轉(zhuǎn)的筒狀的旋轉(zhuǎn)鼓，在旋轉(zhuǎn)鼓的圓周面上保持基板。
進(jìn)而，技術(shù)方案3所記載的發(fā)明的特征在于保持部件為自轉(zhuǎn)的板狀的旋轉(zhuǎn)盤，在旋轉(zhuǎn)盤的板面上保持基板。
技術(shù)方案4所記載的發(fā)明的特征在于設(shè)置有多個(gè)成膜部件。
技術(shù)方案5所記載的發(fā)明的特征在于通過成膜部件和反應(yīng)部件形成氧化膜以及氮化膜的其中之一或者兩者。
技術(shù)方案6所記載的發(fā)明的特征在于成膜部件為濺射部件。
技術(shù)方案7所記載的發(fā)明的特征在于外加到離子槍上的加速電壓取500V到3000V。
技術(shù)方案8所記載的發(fā)明的特征在于形成離子束的氣體為供給氧離子的氧化氣體以及供給氮化離子的氮化氣體其中之一。
技術(shù)方案9所記載的發(fā)明的特征在于將離子束近乎垂直地照射基板。
技術(shù)方案10所記載的發(fā)明的特征在于對(duì)帶有凹凸的基板，向以妨礙在凹部?jī)?nèi)粘附薄膜的方式而形成的薄膜照射離子束。
在這樣構(gòu)成的成膜裝置中，例如，通過反復(fù)進(jìn)行金屬膜的形成、基于氣體反應(yīng)以及離子束的反應(yīng)促進(jìn)和蝕刻，就可以蝕刻形成薄膜的粗糙的凸部而減小表面粗糙度，同時(shí)，還可以通過離子束促進(jìn)氣體反應(yīng)形成良好的薄膜。
本發(fā)明成膜方法中，技術(shù)方案11所記載的發(fā)明的特征在于采用以下構(gòu)成，即具有在可以進(jìn)行真空排氣的真空室內(nèi)在由保持部件保持的基板上形成薄膜的成膜工序、通過等離子使所形成的薄膜與反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)工序、利用離子槍向基板照射離子束的照射工序，其中，照射工序進(jìn)行薄膜與反應(yīng)氣體的反應(yīng)促進(jìn)以及薄膜的蝕刻部分的其中之一或者兩者，形成經(jīng)過層疊的薄膜。
此外，技術(shù)方案12所記載的發(fā)明的特征在于采用以下構(gòu)成，即在上述構(gòu)成的基礎(chǔ)上，保持部件為自轉(zhuǎn)的筒狀的旋轉(zhuǎn)鼓，在旋轉(zhuǎn)鼓的圓周面上保持基板，邊旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)鼓邊通過成膜工序、反應(yīng)工序以及照射工序?qū)盈B薄膜。
進(jìn)而，技術(shù)方案13所記載的發(fā)明的特征在于采用以下構(gòu)成，即保持部件為自轉(zhuǎn)的板狀的旋轉(zhuǎn)盤，在旋轉(zhuǎn)盤的板面上保持基板，具有通過邊旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)盤邊通過成膜工序、反應(yīng)工序以及照射工序?qū)盈B薄膜的構(gòu)成。
技術(shù)方案14所記載的發(fā)明的特征在于形成薄膜的工序?yàn)槔枚鄠€(gè)成膜部件形成多層薄膜的工序。
技術(shù)方案15所記載的發(fā)明的特征在于通過成膜工序和反應(yīng)工序形成氧化膜以及氮化膜其中之一或者兩者。
技術(shù)方案16所記載的發(fā)明的特征在于成膜工序?yàn)橥ㄟ^濺射技術(shù)形成薄膜的工序。
技術(shù)方案17所記載的發(fā)明的特征在于外加到離子槍上的加速電壓取500V到3000V。
技術(shù)方案18所記載的發(fā)明的特征在于形成離子束的氣體為供給氧離子的氧化氣體以及供給氮化離子的氮化氣體其中之一。
技術(shù)方案19所記載的發(fā)明的特征在于將離子束近乎垂直地照射基板。
技術(shù)方案20所記載的發(fā)明的特征在于對(duì)帶有凹凸的基板，向以妨礙在凹部?jī)?nèi)粘附薄膜的方式而形成的薄膜照射離子束。
在這樣構(gòu)成的成膜方法中，由于是通過離子束的照射蝕刻薄膜的一部分，故例如可以蝕刻(除去)形成于凹部的肩部的突出物，展寬凹部的開口。因此，易于使濺射粒子到達(dá)凹部的側(cè)壁以及底面，良好地進(jìn)行對(duì)側(cè)壁以及底面的成膜。其結(jié)果，就可以良好地形成對(duì)基板表面的敷層，同時(shí)，還可以在凹部的底面均勻地形成期望膜厚的薄膜，形成良好的埋入特性。此外，由于可以蝕刻形成薄膜的粗糙的凸部，故可以減小薄膜粗糙。
利用基于本發(fā)明的成膜裝置以及成膜方法，可以通過反復(fù)進(jìn)行例如金屬膜的形成、基于氣體反應(yīng)以及離子束的反應(yīng)促進(jìn)和蝕刻，可以減小表面粗糙度并形成良好的薄膜。
進(jìn)而，可以對(duì)表面帶有凹凸的基板形成埋入特性以及敷層(coverage)良好的薄膜且可以減小薄膜的表面粗糙度。而且，由于只是設(shè)置了離子槍，故裝置的構(gòu)造簡(jiǎn)單。
另外，通過反復(fù)進(jìn)行成膜和蝕刻，就可以連續(xù)地形成埋入特性以及敷層良好的薄膜。


圖1所示是涉及實(shí)施形態(tài)1的成膜裝置的概念平面圖；圖2所示是涉及實(shí)施形態(tài)1的成膜裝置離子槍的構(gòu)成的概略斷面圖；圖3所示是涉及實(shí)施形態(tài)1的薄膜的表面粗糙度之圖；圖4所示是涉及實(shí)施形態(tài)1的薄膜的透射率之圖；圖5所示是在實(shí)施形態(tài)2中，每一層薄膜的光的吸收率和層疊23層后的表面粗糙度之圖；圖6所示是涉及實(shí)施形態(tài)3的成膜裝置的概念平面圖；圖7所示是在實(shí)施形態(tài)3中，不使離子槍動(dòng)作時(shí)的對(duì)第1基板的成膜狀態(tài)的斷面圖；圖8所示是在實(shí)施形態(tài)3中，不使離子槍動(dòng)作時(shí)的對(duì)第2基板的成膜狀態(tài)的斷面圖；圖9所示是在實(shí)施形態(tài)3中，使離子槍動(dòng)作了時(shí)的對(duì)第1基板的成膜狀態(tài)的斷面圖；圖10所示是在實(shí)施形態(tài)3中，使離子槍動(dòng)作了時(shí)的對(duì)第2基板的成膜狀態(tài)的斷面圖；圖11所示是在實(shí)施形態(tài)4中，對(duì)離子槍提供了30sccm Ar氣體時(shí)的對(duì)第3基板的成膜狀態(tài)的斷面圖；圖12所示是在實(shí)施形態(tài)4中，對(duì)離子槍提供了10sccm Ar氣體和20sccm O2氣體時(shí)的對(duì)第3基板的成膜狀態(tài)的斷面圖；圖13所示是在實(shí)施形態(tài)4中，對(duì)離子槍提供了30sccm O2氣體時(shí)的對(duì)第3基板的成膜狀態(tài)的斷面圖；圖14所示是在實(shí)施形態(tài)4中，圖11所示的成膜狀態(tài)下的透射率之圖；圖15所示是在實(shí)施形態(tài)4中，圖12所示的成膜狀態(tài)下的透射率之圖；圖16所示是在實(shí)施形態(tài)4中，圖13所示的成膜狀態(tài)下的透射率之圖。
附圖標(biāo)記說明1、51成膜裝置2真空室3旋轉(zhuǎn)鼓4基板5Ni靶11離子槍12離子槍用氣體導(dǎo)入口22Si靶23Ta靶24、25濺射陰極28、29濺射氣體導(dǎo)入口30ECR反應(yīng)室(反應(yīng)單元)31反應(yīng)氣體導(dǎo)入口具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
<實(shí)施形態(tài)1>
圖1所示是涉及本實(shí)施形態(tài)的成膜裝置1的概念平面圖。
該成膜裝置1是轉(zhuǎn)盤式(carousel)的濺射成膜裝置，在真空室2的中央部，可以以中心為軸旋轉(zhuǎn)地設(shè)置著筒狀的旋轉(zhuǎn)鼓(rotatingdrum)3。在該旋轉(zhuǎn)鼓3的外圓周面使基板4的表面朝向開放側(cè)地保持著基板4。
在真空室2的兩邊分別配置了Si靶22以及Ta靶23，各靶22、23分別與濺射陰極24、25整體構(gòu)成，各濺射陰極24、25連接在圖外的外部交流電源上。此外，在Si靶22以及Ta靶23的附近，呈隔離與旋轉(zhuǎn)鼓3對(duì)向的空間地分別設(shè)置著防粘著板26、27。另外，在Si靶22、22以及Ta靶23、23之間還分別設(shè)置了濺射氣體導(dǎo)入口28、29。
在與Ta靶23對(duì)向的真空室2的一邊，設(shè)置有利用等離子使通過靶22、23形成的金屬膜與反應(yīng)氣體(在本實(shí)施形態(tài)中為O2)反應(yīng)的ECR反應(yīng)室30(反應(yīng)單元)。此外，在該ECR反應(yīng)室30的附近設(shè)置了反應(yīng)氣體導(dǎo)入口31，在與該反應(yīng)氣體導(dǎo)入口31相連的導(dǎo)入管32上，安裝著傳導(dǎo)閥門(conductance valve)33。
在與Si靶22對(duì)向的真空室2的一邊，設(shè)置有照射離子束的離子槍11。該離子槍11呈對(duì)向伴隨旋轉(zhuǎn)鼓3旋轉(zhuǎn)的基板4地配置，來自離子槍11的離子束近似垂直地照射著基板4的表面。在真空室2的離子槍11的附近設(shè)置有離子槍用氣體導(dǎo)入口12，在與該離子槍氣體導(dǎo)入口12相連的導(dǎo)入管13上，設(shè)置有傳導(dǎo)閥門14。
于是，本實(shí)施形態(tài)的離子槍11為圖2所示那樣的構(gòu)成。即，在組入了永久磁鐵11a的鐵定子11b的開口兩端部產(chǎn)生N-S極的泄漏磁場(chǎng)，如果通過加速電壓用電源11d對(duì)設(shè)置在其附近的環(huán)形形狀的陽極電極11c外加正的陽極電壓，則在泄漏磁場(chǎng)區(qū)域?qū)a(chǎn)生等離子。進(jìn)而，受到正的陽極電極11c排斥，O+離子或Ar+離子被加速，并朝向基板4進(jìn)行照射。這里，在本實(shí)施形態(tài)中，是如上述這樣使用開口為線狀循環(huán)的線列離子槍11，但也可以使用帶有在平板上開了多個(gè)孔的柵型引出電極的離子槍。
下面，說明通過這樣構(gòu)成的成膜裝置1對(duì)基板4的表面進(jìn)行了成膜處理的結(jié)果。
首先，真空排氣真空室2內(nèi)到10-3Pa，通過濺射氣體導(dǎo)入口28、29分別導(dǎo)入30sccm Ar氣體，從反應(yīng)氣體導(dǎo)入口31導(dǎo)入100sccm O2氣體，且由離子槍用氣體導(dǎo)入口12導(dǎo)入30sccm O2氣體。由此，靶22、23的附近的壓力達(dá)到0.3Pa，氧化室(其他的空間部)的壓力達(dá)到0.2Pa。
其次，以200rpm旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)鼓3，對(duì)ECR反應(yīng)室30的微波電源外加1kW，使之產(chǎn)生氧化等離子。此外，對(duì)離子槍11外加110W(1400V-0.08A)，使之產(chǎn)生離子束。接著，對(duì)濺射陰極24外加AC5kW，進(jìn)行濺射，直到形成規(guī)定膜厚的SiO2膜。同樣地，對(duì)濺射陰極25外加AC5kW，進(jìn)行濺射，直到形成規(guī)定膜厚的Ta2O5膜。
這樣，反復(fù)進(jìn)行基于濺射的SiO2膜和Ta2O5膜的成膜、基于ECR反應(yīng)室30的氧化反應(yīng)以及基于離子槍11的氧化反應(yīng)的促進(jìn)和膜表面的蝕刻，在基板4的表面形成了預(yù)先進(jìn)行了光學(xué)設(shè)計(jì)的光學(xué)多層膜(層疊30層)。該結(jié)果示于圖3、圖4。這里，為了進(jìn)行比較，也在圖3、4中給出了不使離子槍11動(dòng)作時(shí)的結(jié)果。
圖3給出的是使離子槍11動(dòng)作時(shí)和不動(dòng)作時(shí)的、膜的表面粗糙度(中心線平均粗糙度Ra)之圖。這里，在該圖3中，還在上述的SiO2/Ta2O5膜的基礎(chǔ)上示出了SiO2/Ta2O5膜以及SiO2/Nb2O5膜(分別層疊30層)。如由該圖3可知的那樣，使離子槍11動(dòng)作時(shí)的薄膜較不使離子槍11動(dòng)作時(shí)的薄膜其薄膜的粗糙度要小。
圖4所示是利用分光光度計(jì)測(cè)量的光學(xué)多層膜的光學(xué)特性，即對(duì)波長(zhǎng)400～500nm的光的透射率。如由該圖4可知的那樣，使離子槍11動(dòng)作時(shí)的薄膜較不使離子槍11動(dòng)作時(shí)的薄膜其薄膜的透射率要高，且可以得到更接近設(shè)計(jì)值的值(透射率)。即，通過照射離子束，可以形成透射率高、光學(xué)損失小的薄膜。
這樣，通過使離子槍11動(dòng)作，減小了薄膜的表面粗糙度，而之所以透射率高，是因?yàn)橥ㄟ^照射離子束，可以蝕刻形成薄膜的粗糙度的凸部而減小表面粗糙度，通過減小表面粗糙度，減小了光的表面散射，透射率因而變高。
因此，在來自離子槍11的離子束的外周，會(huì)發(fā)光出等離子，該等離子將與基于ECR反應(yīng)室30的等離子一起對(duì)金屬膜的氧化反應(yīng)做出貢獻(xiàn)。
在本實(shí)施形態(tài)中，是順序地反復(fù)進(jìn)行成膜、基于離子槍11的反應(yīng)促進(jìn)和蝕刻、基于ECR反應(yīng)室30的氧化反應(yīng)，但也可以按照成膜、基于ECR反應(yīng)室30的氧化反應(yīng)、基于離子槍11的反應(yīng)促進(jìn)和蝕刻這樣的順序進(jìn)行重復(fù)。
于是，基于離子槍11的離子束的束能量最好具有以500eV以上、3000eV以下的范圍為主的能量分布。這是因?yàn)槿绻蛔?00eV的能量為主將不能得到蝕刻效果，如果大于3000eV的能量為主則會(huì)蝕刻過度而降低成膜速度。
另外，在本實(shí)施形態(tài)中，作為形成離子束的氣體，使用了富于氧化反應(yīng)促進(jìn)性的O2，但也可以使用包含供給O3、N2O、CO2、H2O等氧離子的氧化氣體的反應(yīng)性氣體。此外，在形成氮化膜時(shí)，也可以使用包含供給N2、NH3等氮離子的氮化氣體的反應(yīng)性氣體。
進(jìn)而，在本實(shí)施形態(tài)中，采用的是在旋轉(zhuǎn)鼓3的外圓周面保持基板4的轉(zhuǎn)盤式，但也可以在旋轉(zhuǎn)盤上保持基板4。例如，也可以將以中心為軸旋轉(zhuǎn)的平板狀的旋轉(zhuǎn)圓盤作為保持部件，在該旋轉(zhuǎn)圓盤的板面使基板4的表面朝向開放側(cè)地保持基板4。
還有，在本實(shí)施形態(tài)中，設(shè)置了2個(gè)濺射陰極24、25(濺射裝置)和1個(gè)離子槍11以及ECR反應(yīng)室30，但也可以對(duì)應(yīng)需要的膜厚、成膜速度、基板的數(shù)目或大小等改變各自的設(shè)置數(shù)。
<實(shí)施形態(tài)2>
在實(shí)施形態(tài)2中，在涉及實(shí)施形態(tài)1的成膜裝置1中改變外加到離子槍11的加速電壓進(jìn)行了成膜。即，對(duì)離子槍11外加0V(不動(dòng)作)、700V、1400V以及2800V的加速電壓反復(fù)進(jìn)行成膜、基于ECR反應(yīng)室30的氧化反應(yīng)以及基于離子槍11的反應(yīng)促進(jìn)和蝕刻，形成了光學(xué)多層膜(層疊23層)。
圖5給出利用各自的加速電壓形成的膜的每一層的光的吸收率和層疊23層后的表面粗糙度。這里，光的吸收率是在400nm波長(zhǎng)進(jìn)行的測(cè)量。此外，對(duì)于外加離子槍11的加速電壓，雖然實(shí)際得到的能量具有以其加速電壓為中心平穩(wěn)的能量分布(如正態(tài)分布的分布)，但能量最多的部分大致相等于加速電壓。
如圖5所示的那樣，可知相對(duì)于在離子槍11不動(dòng)作的0V光的吸收率為0.3，在加速電壓700V、1400V以及2800V處吸收率遠(yuǎn)低于0.3％，通過離子束提高了膜的氧化反應(yīng)性(促進(jìn)了反應(yīng))。但是，如果加速電壓超過1400V，則變成吸收率增加的傾向。這可以考慮是由于在入射能量低于某種程度的區(qū)域，因?yàn)镺-離子通過加速電壓作用帶有能量入射膜中，故相對(duì)于提高在膜表面的反應(yīng)性，如果加速電壓(入射能量)變高，則被以較氧的結(jié)合能更高的加速電壓加速了的O-離子將從已經(jīng)形成了的介電質(zhì)膜的最表面奪取氧元素。
另一方面，可知表面粗糙度隨著加速電壓增加而變小。這可以考慮是由于伴隨著離子束能量的增加而搖動(dòng)基板表面上的原子提高了濺射粒子的遷移性(移動(dòng)性)，此外，還由于是蝕刻了膜表面的凸部。
基于以上說明，可以說為了形成光透射率高且表面平滑的膜，外加到離子槍11的加速電壓最好取在500V到3000V的程度。
<實(shí)施形態(tài)3>
圖6是涉及本實(shí)施形態(tài)的成膜裝置51的概念平面圖。對(duì)有關(guān)與涉及實(shí)施形態(tài)1的成膜裝置1同樣的構(gòu)成要素附加同樣的符號(hào)。
在真空室2的一邊，與伴隨旋轉(zhuǎn)鼓3旋轉(zhuǎn)的基板4對(duì)向地配置了Ni靶5。該Ni靶5是寬135mm、長(zhǎng)400mm、厚3mm的板材，經(jīng)由磁回路6與濺射陰極7一體構(gòu)成。而在真空室2的Ni靶5附近設(shè)置了濺射氣體導(dǎo)入口8，在相連于該濺射氣體導(dǎo)入口8的導(dǎo)入管9上，設(shè)置了傳導(dǎo)閥門10。
另外，在以旋轉(zhuǎn)鼓3為中心旋轉(zhuǎn)了90度Ni靶5的位置上，設(shè)置了照射離子束的離子槍11。該離子槍11呈對(duì)向伴隨旋轉(zhuǎn)鼓3旋轉(zhuǎn)的基板4地配置，可以使來自離子槍11的離子束近乎垂直地照射基板4的表面。在真空室2的離子槍11附近，設(shè)置有離子槍用氣體導(dǎo)入口12，在相連于該離子槍用氣體導(dǎo)入口12的導(dǎo)入管13上，設(shè)置有傳導(dǎo)閥門14。
接下來，說明通過這樣構(gòu)成的成膜裝置51對(duì)帶有凹凸的基板4的表面進(jìn)行了成膜處理的結(jié)果。
首先，將真空室2內(nèi)真空排氣到10-3Pa，通過濺射氣體導(dǎo)入口8導(dǎo)入100sccm Ar氣體，使真空室2內(nèi)的壓力成為0.3Pa。此外，從離子槍用氣體導(dǎo)入口12導(dǎo)入25sccm Ar氣體，并以20rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)鼓3。在該狀態(tài)下，對(duì)濺射陰極7外加5kW的電力，進(jìn)行濺射。
這里，基板4以圖7、9所示的那樣表面帶有縱橫比比較小的微細(xì)的凹凸4a的基板4-1和圖8、10所示的那樣表面帶有縱橫比比較大的凹凸4b的基板4-2為對(duì)象。
圖7、8給出了最初不使離子槍11動(dòng)作地(不外加電壓地)進(jìn)行了成膜處理的結(jié)果。
在對(duì)基板4-1形成了200nm膜厚的Ni膜15時(shí)，如圖7所示的那樣，在凹凸4a的凸部堆積了很多Ni膜15，在其兩端(凹部的肩部)形成了突出物(overhang)15a。此外，在凹凸4a的凹部底面的中央部，形成了Ni膜15的凸起(bump)15b，凹部中的膜厚不是均勻的。這是因?yàn)橛捎谕怀鑫?5a閉塞了凹部的開口而在凹部的中央部更多地粘附了濺射粒子(Ni)所致。這樣，由于凹部的膜厚不是均勻的，故在該凹部埋入了配線時(shí)，將出現(xiàn)配線的穩(wěn)定性不好的結(jié)果。
在對(duì)基板4-2形成了500nm膜厚的Ni膜16時(shí)，如圖8所示的那樣，在凹凸4b的凸部堆積了很多Ni膜16，在其頂部形成了球狀的突出物16a，進(jìn)而，在其正下方，形成了圪塔狀的堆積部16b。此外，在凹凸4b的凹部?jī)?nèi)形成的Ni膜16的膜厚比較薄，特別是底面的膜厚更薄。這是因?yàn)樵谕怀鑫?6a以及堆積部16b閉塞了凹部的開口的同時(shí)，突入到凹部的濺射粒子的大部分附著在凹部的側(cè)壁而不能到達(dá)底面所致。這樣，由于在凹凸4b的凸部形成了突出物16a、堆積部16b，且凹部的膜厚變薄，故形成了敷層不良好的結(jié)果。
其次，對(duì)離子槍11外加550W(2800V-0.2A)的電力，邊由離子槍11對(duì)基板照射離子束邊進(jìn)行了成膜。即，伴隨著旋轉(zhuǎn)鼓3的旋轉(zhuǎn)，交互并連續(xù)地進(jìn)行了濺射和離子束照射。其結(jié)果示于圖9、圖10。
在對(duì)基板4-1形成了200nm膜厚的Ni膜17時(shí)，如圖9所示的那樣，沒有在凹凸4a的凸部形成突出物，且在凹部形成了均勻膜厚的Ni膜17。因此，在該凹部埋入配線時(shí)，將得到配線穩(wěn)定性良好的結(jié)果。
另外，在對(duì)基板4-2形成了500nm膜厚的Ni膜18時(shí)，如圖10所示的那樣，沒有在凹凸4b的凸部形成突出物1或堆積部。此外，在凹凸4b的凹部側(cè)壁形成了均勻膜厚的Ni膜18，且在凹部的底面也形成了期望膜厚的Ni膜18。即，凸部的頂部和凹部的底面的膜厚達(dá)到了近似均勻同一。這樣，沿著凹凸4b的形狀形成了均勻且期望膜厚的Ni膜18，達(dá)到了敷層良好的結(jié)果。
之所以能夠這樣通過使離子槍11動(dòng)作提高埋入特性以及敷層狀況，主要基于下述理由(作用)。
在不使離子槍11動(dòng)作時(shí)，如上述那樣，由于產(chǎn)生突出物15a、16a以及堆積部16b閉塞了凹部的開口，故濺射粒子難以遍及凹部的全面(側(cè)壁以及底面)到達(dá)凹部里面。與之相反，如果使離子槍動(dòng)作，則由于來自離子槍11的離子束照射突出物15a、16a以及堆積部16b，它們被蝕刻(彈掉除出)。此時(shí)，雖然離子束也照射其他的部分(凸部的頂部、凹部的側(cè)壁等)，但由于突出物15a、16a以及堆積部16b突出到側(cè)方，故更容易選擇地照射它們的部分。即，對(duì)凹部的側(cè)壁、底面照射減少，對(duì)突出物15a、16a以及堆積部16b的照射變多。其結(jié)果，突出物15a、16a以及堆積部16b更易被蝕刻，凹部的側(cè)壁、底面相對(duì)沒有受到蝕刻而得到殘留。
此后，如果伴隨旋轉(zhuǎn)鼓3的旋轉(zhuǎn)再次使基板4對(duì)向Ni靶5，則濺射粒子將飛入基板4的表面。此時(shí)，由于突出物15a、16a以及堆積部16b已經(jīng)被蝕刻，故凹部的開口變寬，濺射粒子可以一直達(dá)到凹部的側(cè)壁以及底面。如果接著再次伴隨旋轉(zhuǎn)鼓3的旋轉(zhuǎn)使基板4對(duì)向離子槍11，則可以再次蝕刻因前面的濺射而重新形成的突出物15a、16a以及堆積部16b。
這樣，通過交互地連續(xù)進(jìn)行濺射和蝕刻，可以邊選擇地蝕刻突出物15a、16a以及堆積部16b，邊有效地在凹部的側(cè)壁以及底面形成Ni膜。由此，可以如上述這樣，對(duì)帶有凹凸的基板4形成埋入特性以及敷層良好的Ni膜。
于是，在本實(shí)施形態(tài)中，作為形成離子束的氣體使用了蝕刻效果高的Ar，但也可以使用Ne、Kr、Xe。此外，離子束的束能范圍、基板4的保持方法、濺射裝置和離子槍11的個(gè)數(shù)等也可以與上述的實(shí)施形態(tài)1同樣地進(jìn)行選擇。
在本實(shí)施形態(tài)中，說明了對(duì)帶有凹凸的基板4提高埋入特性以及敷層的效果，但對(duì)膜的表面粗糙度則沒有給出比較結(jié)果。但因離子束蝕刻形成膜的粗糙度的凸部而獲得減小表面粗糙度之類的效果則與上述的實(shí)施形態(tài)1是同樣的，即使是不進(jìn)行基于ECR反應(yīng)室30的氧化反應(yīng)也可以得到減小表面粗糙度之類的效果。因而，在本實(shí)施形態(tài)中，也具有因膜的表面粗糙度變小而獲得透射率升高這樣的效果的情況。
<實(shí)施形態(tài)4>
在本實(shí)施形態(tài)中，使用涉及實(shí)施形態(tài)1的成膜裝置1，改變通過離子槍用氣體導(dǎo)入口12導(dǎo)入的氣體的種類和量對(duì)表面帶有縱橫比比較大的凹凸4c的基板4-3進(jìn)行了成膜。
圖11所示是導(dǎo)入30sccmAr氣體進(jìn)行了成膜的疊層膜的斷面圖，圖12所示是導(dǎo)入10sccmAr氣體和20sccmO2氣進(jìn)行了成膜的疊層膜的斷面圖，圖13所示是導(dǎo)入30sccmO2氣進(jìn)行了成膜的疊層膜的斷面圖。此外，圖14～圖16給出的是對(duì)圖11～圖13所示的基板4-3的表面垂直掃描直徑1μm的光束所得到的透射率，圖14對(duì)應(yīng)圖11，圖15對(duì)應(yīng)圖12，圖16對(duì)應(yīng)圖13。
在導(dǎo)入了30sccmAr氣體時(shí)，如圖14所示的那樣，雖然透射率對(duì)應(yīng)基板4-3的凹凸4c以近似同樣的周期變化，但透射率本身在50％～80％的程度。此時(shí)，透射率之所以呈臺(tái)階狀地變化是因?yàn)槠鋵?duì)應(yīng)于基板4-3的厚度和堆積于其上的膜的光束的吸收量。在導(dǎo)入了10sccmAr氣體和20sccmO2氣體時(shí)，如圖15所示的那樣，透射率對(duì)應(yīng)基板4-3的凹凸4c以近似同樣的周期變化，且透射率高達(dá)65％～95％的程度。此時(shí)，透射率之所以呈臺(tái)階狀地變化是因?yàn)槠鋵?duì)應(yīng)于基板4-3的厚度和堆積于其上的膜的光束的吸收量。即形成了模擬基板4-3的形狀且較圖11以及圖14的情況透射率高的膜。此外，在導(dǎo)入了30sccmO2氣體時(shí)，如圖16所示的那樣，凹部極端狹窄、凸部極端寬闊，沒有對(duì)應(yīng)基板4-3的凹凸4c形成模擬了基板4-3的形狀的膜。
這樣，在導(dǎo)入了30sccmAr氣體時(shí)(圖11、14)，可以進(jìn)行如在上述實(shí)施形態(tài)3說明過的蝕刻效果良好、且對(duì)帶有凹凸4c等臺(tái)階的基板模擬了其形狀的成膜。但是，由于束等離子(離子束)中不包含氧元素，故沒有促進(jìn)金屬膜的氧化反應(yīng)的作用，因此，膜的氧化不充分，殘留光的吸收并導(dǎo)致膜的透射率降低。
與之相反，在導(dǎo)入了10sccmAr氣體和20sccmO2氣體時(shí)(圖12、15)，可以進(jìn)行蝕刻效果良好且對(duì)帶有凹凸4c等臺(tái)階的基板模擬了其形狀的成膜。而且，由于束等離子中包含氧元素，故具有促進(jìn)金屬膜的氧化反應(yīng)的作用，因此，可以進(jìn)行充分的膜的氧化，減少光的吸收并得到高透射率的膜層。
另外，在導(dǎo)入了30sccmO2氣體時(shí)(圖13、16)，因束等離子中的氧元素可以促進(jìn)金屬膜的氧化反應(yīng)，故可以得到高透射率的膜。但是，由于在只有O2的環(huán)境中蝕刻效果不充分，故如圖13所示的那樣，在凹凸4c的凹部的肩部形成了突出物。其結(jié)果，即便是光束射入凹部，由于該突出物導(dǎo)致產(chǎn)生光的散射或反射，故不能形成模擬了基板4-3的形狀的透射率圖案。
由以上說明可知，通過在適量范圍內(nèi)設(shè)定供給離子槍11的Ar等稀有氣體的量和O2等反應(yīng)性氣體的量，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)蝕刻效果和反應(yīng)促進(jìn)效果。
本發(fā)明可以靈活應(yīng)用于針對(duì)光通信等領(lǐng)域中使用的偏振光分離元件的基板的成膜。
權(quán)利要求
1.一種成膜裝置，其特征在于，在可以進(jìn)行真空排氣的真空室內(nèi)具有保持基板的保持部件；在基板上形成薄膜的成膜部件；通過等離子使上述薄膜與反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)部件；以及向上述基板照射離子束的離子槍，通過上述離子束的照射，進(jìn)行上述薄膜與上述反應(yīng)氣體的反應(yīng)促進(jìn)以及上述薄膜的部分蝕刻其中一方或者兩方，形成經(jīng)過層疊的薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的成膜裝置，其特征在于上述保持部件為自轉(zhuǎn)的筒狀的旋轉(zhuǎn)鼓，在該旋轉(zhuǎn)鼓的圓周面上保持上述基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的成膜裝置，其特征在于上述保持部件為自轉(zhuǎn)的板狀的旋轉(zhuǎn)盤，在該旋轉(zhuǎn)盤的板面上保持上述基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3之任意一項(xiàng)所記載的成膜裝置，其特征在于設(shè)置有多個(gè)上述成膜部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4之任意一項(xiàng)所記載的成膜裝置，其特征在于通過上述成膜部件和上述反應(yīng)部件形成氧化膜以及氮化膜其中一方或者兩方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5之任意一項(xiàng)所記載的成膜裝置，其特征在于上述成膜部件為濺射部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6之任意一項(xiàng)所記載的成膜裝置，其特征在于外加到上述離子槍上的加速電壓取500V到3000V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7之任意一項(xiàng)所記載的成膜裝置，其特征在于形成上述離子束的氣體為供給氧離子的氧化氣體以及供給氮離子的氮化氣體其中一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8之任意一項(xiàng)所記載的成膜裝置，其特征在于使上述離子束近乎垂直地照射上述基板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9之任意一項(xiàng)所記載的成膜裝置，其特征在于對(duì)帶有凹凸的上述基板，向以妨礙在凹部?jī)?nèi)粘附薄膜的方式而形成的上述薄膜照射上述離子束。
11.一種成膜方法，其特征在于，具有對(duì)在可以進(jìn)行真空排氣的真空室內(nèi)由保持部件保持的基板上形成薄膜的成膜工序；通過等離子使所形成的薄膜與反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)工序；以及利用離子槍對(duì)上述基板照射離子束的照射工序，上述照射工序進(jìn)行上述薄膜與上述反應(yīng)氣體的反應(yīng)促進(jìn)以及上述薄膜的部分蝕刻其一方或者兩方，形成經(jīng)過層疊的薄膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所記載的成膜方法，其特征在于上述保持部件為自轉(zhuǎn)的筒狀的旋轉(zhuǎn)鼓，在該旋轉(zhuǎn)鼓的圓周面上保持上述基板，邊旋轉(zhuǎn)上述旋轉(zhuǎn)鼓邊通過上述成膜工序、反應(yīng)工序以及照射工序來層疊薄膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所記載的成膜方法，其特征在于上述保持部件為自轉(zhuǎn)的板狀的旋轉(zhuǎn)盤，在該旋轉(zhuǎn)盤的板面上保持上述基板，通過邊旋轉(zhuǎn)上述旋轉(zhuǎn)盤邊通過上述成膜工序、反應(yīng)工序以及照射工序來層疊薄膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求11～13之任意一項(xiàng)所記載的成膜方法，其特征在于形成上述薄膜的成膜工序?yàn)槔枚鄠€(gè)成膜部件形成多層薄膜的工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求11～14之任意一項(xiàng)所記載的成膜方法，其特征在于通過上述成膜工序和上述反應(yīng)工序形成氧化膜以及氮化膜其中一方或者兩方。
16.根據(jù)權(quán)利要求11～15之任意一項(xiàng)所記載的成膜方法，其特征在于上述成膜工序?yàn)橥ㄟ^濺射技術(shù)形成薄膜的工序。
17.根據(jù)權(quán)利要求11～16之任意一項(xiàng)所記載的成膜方法，其特征在于外加到上述離子槍上的加速電壓取500V到3000V。
18.根據(jù)權(quán)利要求11～17之任意一項(xiàng)所記載的成膜方法，其特征在于形成上述離子束的氣體為供給氧離子的氧化氣體以及供給氮離子的氮化氣體其中一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求11～18之任意一項(xiàng)所記載的成膜方法，其特征在于使上述離子束近乎垂直地照射上述基板。
20.根據(jù)權(quán)利要求11～19之任意一項(xiàng)所記載的成膜方法，其特征在于對(duì)帶有凹凸的上述基板，向以妨礙在凹部?jī)?nèi)粘附薄膜的方式而形成的上述薄膜照射上述離子束。
全文摘要
本發(fā)明的目的是在層疊薄膜的光學(xué)薄膜中形成具有接近設(shè)計(jì)值的光學(xué)特性的光學(xué)薄膜。為此，在真空室(2)內(nèi)，配備保持基板(4)的旋轉(zhuǎn)鼓(3)、用于在基板(4)的被成膜面上形成金屬膜的Si靶(22)、Ta靶(23)、通過等離子使金屬膜與反應(yīng)氣體反應(yīng)的ECR反應(yīng)室(30)。在成膜裝置(51)中，設(shè)置有對(duì)被成膜面照射離子束促進(jìn)形成于被成膜面的膜的反應(yīng)的離子槍(11)，反復(fù)進(jìn)行金屬膜的形成、氣體反應(yīng)以及基于離子束的反應(yīng)促進(jìn)。
文檔編號(hào)C23C14/08GK1957106SQ20058001647
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者谷典明, 森中泰三, 鈴木壽弘, 松本昌弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛發(fā)科