JP2004524435A - 差動ポンプ動作を用いる材料加工システム - Google Patents

Abstract

マグネトロンスパッタ源等の、第１のチャンバに配置される堆積源を含む、差動ポンプ動作を用いる堆積システムが記載される。この堆積源は、中性原子および分子を含む堆積フラックスを生成する。シールドは、堆積フラックスがアパーチャを通るようにし、堆積フラックスが、シールドを通過して他の至る所に伝播することを実質的に妨害する。基板支持体は、シールドの近傍の第２のチャンバ内に配置される。第２のチャンバ内の圧力は、第１のチャンバ内の圧力よりも小さい。２重走査システムは、第２の運動を用いて、アパーチャに対応してサポートを走査し、これにより、堆積される薄膜の均一性を改善する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
（関連出願）
本出願は、仮特許出願シリアル番号第６０／２６６，１１４号（２００１年２月２日出願）の優先権を主張し、その開示の全体は、参考のため、本明細書中に援用される。本出願は、さらに、仮特許出願シリアル番号第６０／２１７，０４９号（２０００年７月１０日出願）に関し、その開示の全体は、参考のため、本明細書中に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、薄膜の堆積およびエッチングシステムに関する。特に、本発明は、非常に高度な均一性を有する薄膜を堆積させる方法および装置に関する。本発明は、さらに、材料を、高度に均一なエッチング速度（ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）でエッチングする方法および装置に関する。
【０００３】
（発明の背景）
薄膜を基板に堆積させるために用いられる３つの一般的な技術がある。これらの技術は、蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、イオンビーム堆積（ｉｏｎ ｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）およびマグネトロンスパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）である。図１は、従来技術の電子ビーム蒸着堆積システム１０の模式図を示す。蒸着システム１０は、真空チャンバ１２の中に備えられる。電子銃１４は電子ビームを生成し、この電子ビームは、堆積材料を含む坩堝（ｃｒｕｃｉｂｌｅ）１８を、堆積材料を蒸発させる温度にまで加熱する。電子ビームは、磁石２０によって偏向される。この磁石は、電子ビームが坩堝１８内の所望の位置に当たるようにする。通常の蒸着システムは、複数の坩堝を有する。
【０００４】
いくつかの蒸着システムは、複数の源および複数の電子銃を備えており、これらは２つ以上の源から堆積材料を生成し、その堆積材料を基板上に同時に堆積させる。あるいは、坩堝１８を加熱するために発熱体（ｔｈｅｍａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）（図示せず）が用いられる。通常、複数の基板２３を支持する基板支持体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｕｐｐｏｒｔ）２２は、蒸着材料の経路内に配置される。いくつかの公知の蒸着システムでは、堆積される薄膜の均一性を高めるために、基板支持体２２が電動機２４により回転される。
【０００５】
図２は、従来技術のイオンビームスパッタ堆積システム５０の模式図を示す。イオンビームスパッタ堆積システム５０は、真空チャンバ５２の中に備えられる。イオン源５４はイオンビーム５６を生成し、このイオンビームは、１つ以上のターゲット（ｔａｒｇｅｔ）５８に方向付けられる。イオンビーム５６は、ターゲット５８に当たり、スパッタフラックス（ｓｐｕｔｔｅｒ ｆｌｕｘ）６０によりターゲット５８から中性原子をスパッタリングする。通常、複数の基板６４を支持する基板支持体６２は、スパッタフラックス６０の経路内に配置される。スパッタフラックス６０は、基板に衝撃を与え、これにより、スパッタリングされた薄膜を堆積させる。スパッタリングされた薄膜の均一性を高めるために、基板支持体６２は、電動機６６により回転されてもよい。イオンビームスパッタリングは有利である。なぜなら、これは、衝撃イオン（ｂｏｍｂａｒｄｉｎｇ ｉｏｎ）のエネルギー密度および電流密度を独立して制御することを可能にするからである。
【０００６】
図３は、従来技術のマグネトロンスパッタ堆積システム８０の模式図を示す。マグネトロンスパッタ堆積システム８０は、真空チャンバ８２の中に備えられる。マグネトロンスパッタ堆積システム８０は、アノード８４およびカソード８６を有するダイオードデバイスを含む。磁石８８は、カソード８６の背後に配置される。２つの環状のカソードおよび円板形状のアノードが示されるが、いくつかの他の公知の形状がある。
【０００７】
カソード８６には、包囲するガス内でブレークダウン（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）を引き起こしてプラズマ９０を持続させるために十分な高さの負の電位になるようにバイアスがかけられる。磁石８８は、カソード８６の背後に電磁場９２を生成し、この電磁場９２は、カソード８６によって生成された電子を捕獲する。電子は、プラズマ９０内の螺旋経路においてエネルギーを損失し、アノード８４によって収集される。電子は、プラズマ９０内でイオン９４が衝撃を与える効率を強化する。中性原子９６は、スパッタフラックス９８によってカソード８６からスパッタリングされる。スパッタフラックス９８は、基板６４に衝撃を与え、これにより、スパッタリングされた薄膜を基板６４上に堆積させる。
【０００８】
公知のシステムにおける基板は、通常、カソード８６から離れたところに配置され、２〜１０インチにわたって並ぶ。スパッタリングされた薄膜の均一性を高めるために、基板支持体６２は、電動機６６によって回転され得る。マグネトロンスパッタスパッタ（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）は有利である。なぜなら、これは、堆積速度が比較的高く、堆積領域が大きく、基板があまり加熱されないからである。
【０００９】
これらの公知の技術を用いて達成された堆積厚さの均一性は、基板平面で達成されたフラックスの均一性および基板を回転させるタイプによって制限される。フラックスの均一性には、ターゲットまたは堆積材料の欠陥が悪影響を及ぼし得、ホットスポットおよびコールドスポットを引き起こし、これは堆積速度に影響を及ぼす。通常、フラックスの均一性は、時間の経過とともに変化する。フラックスの均一性は、大きいターゲットを用いることによっておよび／またはターゲットから基板までの長い距離を用いることによって、いくらか改善され得る。しかしながら、ターゲットの大きさ、およびターゲットから基板までの距離には実質的な限界がある。高速光学通信システム用の光学フィルタ等の特定の用途は、これらの従来技術では達成され得ない薄膜を必要とする。
【００１０】
（発明の要旨）
本発明は、差動ポンプ動作を用いる（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ−ｐｕｍｐｅｄ）堆積源および堆積チャンバを用いて薄膜を堆積させる方法および装置に関し、ここで、堆積源における圧力は、堆積チャンバ内の圧力よりも実質的に大きい。本発明は、さらに、堆積された薄膜をイオンビーム支援プロセス（ｉｏｎ ｂｅａｍ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）のためのイオンビームを生成するイオン源を使用する方法および装置に関する。１実施形態において、イオンビームと堆積フラックス（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｌｕｘ）は重ならず、イオンビームは、位相が異なるイオンビーム支援プロセスのために用いられる。堆積源およびイオンビーム源の両方は、基板から比較的短い距離を置き得る。これにより、基板は比較的高い密度のスパッタフラックスおよびイオンビームで基板を露光する。
【００１１】
本発明の堆積システムの１実施形態は、差動ポンプ動作を用いるマグネトロンスパッタシステムである。マグネトロンスパッタシステムは、公知の堆積システムよりも多くの利点を有する。例えば、マグネトロンスパッタシステムは、高度な均一性およびランツーラン適合性（ｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）を伴う、高純度、高密度の薄膜を、高い堆積速度で堆積させる。さらに、マグネトロンスパッタシステムのターゲットの寿命が長く、保守することが比較的容易である。薄膜の均一性は、スパッタフラックスをスパッタ堆積源からアパーチャに通し、その後、２次元運動等の２重走査運動（ｄｕａｌ−ｓｃａｎ ｍｏｔｉｏｎ）を用いて、スパッタフラックスに対応して基板を移動することによって改善され得る。薄膜の均一性は、さらに、１つの運動を他の運動よりも著しく高速で走査することによって改善され得る。さらに、薄膜の均一性は、オーバースキャン（ｏｖｅｒ−ｓｃａｎｎｉｎｇ）することにより改善され得る。
【００１２】
従って、本発明は、第１のチャンバに配置される堆積源を含む、差動ポンプ動作を用いる堆積システムを特徴にする。１実施形態において、堆積源は、マグネトロンスパッタ源である。別の実施形態において、堆積源は蒸着源である。堆積源は、中性原子および分子を含む堆積フラックスを生成する。
【００１３】
シールドは、堆積フラックスの経路内に配置されるアパーチャを規定する。シールドは、堆積フラックスがアパーチャを通るようにし、堆積フラックスが、シールドを通過して他の至る所に伝播することを実質的に妨害する。アパーチャは、伝導された堆積フラックスを増加させるように形作られ得る。アパーチャは、さらに、オーバースキャン（ｏｖｅｒ−ｓｃａｎ）領域を低減するように形作られ得る。基板支持体は、シールドの近傍の第２のチャンバ内に配置される。第２のチャンバ内の圧力は、第１のチャンバ内の圧力よりも小さい。
【００１４】
堆積システムは、さらに、２重走査（ｄｕａｌ−ｓｃａｎｎｉｎｇ）システムを含み、この走査システムは、第１の運動および第２の運動で、アパーチャと対応して基板支持体を走査する。２重走査システムは、機械走査システムであり得る。第１の運動の走査速度は、第２の運動の走査速度よりも実質的に大きくなり得る。第１の運動および第２の運動のうちの少なくとも１つの走査速度は、さらに、堆積中に時間の経過とともに変動し得る。１実施形態において、２重走査システムは、回転走査システムおよび並進運動（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を含み、第１の運動は、回転速度を有する回転運動を含み、第２の運動は、並進速度を有する並進運動を含む。回転運動の回転速度は、並進運動の並進速度よりも、少なくとも５倍大きくなり得る。
【００１５】
堆積システムは、イオンビームを生成するイオン源を含み得る。イオン源は、第２のチャンバ内に配置され、イオンビームは堆積領域に当たる。イオン源は、イオンビームが堆積フラックスと重ならないように配置され得る。さらに、堆積システムは、インサイチュモニタリングシステムを含み得、このモニタリングシステムは、堆積中に薄膜の特性をモニタリングする。
【００１６】
本発明は、さらに、均一の薄膜を堆積させる方法を特徴とし、この方法は、第１の圧力にて堆積フラックスを生成することを含む。第１の圧力よりも小さい第２の圧力の基板は、堆積フラックスに露出される。堆積フラックスは、マグネトロンスパッタにより生成され得る。１実施形態において、堆積フラックスはアパーチャを通過させられる。１実施形態において、基板は、イオンビームに露出される。イオンビームは、堆積フラックスと重なり得、同相（ｉｎ−ｐｈａｓｅ）イオンビーム加工のために用いられ得る。さらに、イオンビームは、堆積フラックスと重なり得ず、位相が異なる（ｏｕｔ−ｏｆ ｐｈａｓｅ）イオンビーム加工のために用いられ得る。
【００１７】
基板は、第１の運動および第２の運動を用いて、堆積フラックスに対応して走査され得る。２重走査運動は、薄膜の均一性を改善する。第１の運動の走査速度は、第２の運動の走査速度よりも大きい。１実施形態において、第１の運動は、回転走査速度を有する回転運動であり、第２の運動は、並進走査速度を有する並進運動である。回転運動の回転速度は、並進走査速度よりも、少なくとも５倍大きくなり得る。１実施形態において、基板は、第１の運動および第２の運動のうちの少なくとも１つにて堆積フラックスに対応してオーバースキャンされる。
【００１８】
本発明は、さらに、イオンビームによって支援される堆積システムを特徴とし、このシステムは、第１のチャンバ内に配置される堆積源を含む。堆積源は、中性原子および分子を含む堆積フラックスを生成する。堆積源は、マグネトロンスパッタ源であり得る。イオン源は、イオンビームが堆積フラックスと重ならないように配置される。
【００１９】
基板支持体は、第２のチャンバ内に配置される。第２のチャンバ内の圧力は、第１のチャンバ内の圧力よりも小さい。イオン源は、第２のチャンバ内に配置され、イオンビームは基板支持体上の堆積領域に当たる。イオン源は、イオンビーム支援プロセスのために用いられるイオンを生成する。
【００２０】
２重走査システムは、第１の運動および第２の運動を用いて、アパーチャに対応して基板支持体を走査する。第１の運動の走査速度は、第２の運動の走査速度よりも実質的に大きい。第１の運動および第２の運動のうちの少なくとも１つの走査速度は、堆積中に時間の経過とともに変動し得る。２重走査システムは、一定の回転速度で基板支持体を走査する回転走査システム、および一定の並進速度でアパーチャに対応して基板支持体を走査する並進走査システムを含む。回転運動の回転速度は、並進運動の並進速度よりも、少なくとも５倍大きくなり得る。
【００２１】
１実施形態において、堆積システムは、堆積フラックスの経路内に配置されるアパーチャを規定するシールドを含む。シールドは、堆積フラックスがアパーチャを通るようにし、堆積フラックスが、シールドを通過して他の至る所に伝播することを実質的に妨害する。アパーチャは、伝送された堆積フラックスを増加させるように形作られ得る。アパーチャは、さらに、オーバースキャン領域を低減するように形作られ得る。１実施形態において、２重走査システムは、インサイチュモニタリングシステムを含み、このモニタリングシステムは、堆積中に薄膜の特性をモニタリングする。
【００２２】
本発明は、さらに、位相が異なるイオンビーム支援堆積の方法を特徴とする。この方法は、第１の圧力にて堆積フラックスを生成する工程を包含する。堆積フラックスは、マグネトロンスパッタにより生成され得る。堆積フラックスは、第２の圧力で基板上に堆積され得る。第２の圧力は、第１の圧力よりも小さい。基板は、堆積フラックスと重ならないイオンビームに露出される。
【００２３】
１実施形態において、基板は、第１の運動および第２の運動を用いて、堆積フラックスに対応して走査される。２重走査運動は、基板上に均一の薄膜を堆積させる。１実施形態において、第１の運動は、回転走査速度を有する回転運動であり、第２の運動は、並進走査速度を有する並進運動である。第１の運動の走査速度は、第２の運動の走査速度よりも大きくなり得る。回転運動の回転速度は、並進走査速度よりも、少なくとも５倍大きくなり得る。
【００２４】
１実施形態において、堆積フラックスは、アパーチャを通過させられる。１実施形態において、基板は、第１の運動および第２の運動のうちの少なくとも１つにて堆積フラックスに対応してオーバースキャンされる。
【００２５】
（図面の簡単な説明）
本発明は、添付の請求項における特徴を用いて説明される。本発明の上述のおよびさらなる利点は、添付の図面と関連して、以下の説明を参照してより良く理解され得る。図面において、同じ数字は、種々の図における同じ構成要素および機能を示す。図面は、必ずしも縮尺どおりではなく、その代わり、本発明の原理を図示が強調される。
【００２６】
（詳細な説明）
高度に均一の薄膜コーティングを必要とする複数のデバイスがある。例えば、光ファイバ通信システム等の特定の用途のための光学フィルタは、各層が正確な厚さを有する、高度に均一な薄膜の複数の層を必要とし得る。光ファイバ通信システムは、現在、広く用いられている。最近、インターネット、高速データリンク、ビデオサービスおよび無線サービス等の新しい通信サービスが、帯域幅の必要性を劇的に増加させる結果になった。データトラフィックは、現在、１年に８０％の割合で増加し、音声トラフィックは、現在、１年に１０％の割合で増加している。
【００２７】
光ファイバ通信システムにおいて帯域幅を増加させる１つの方法は、光ファイバ内を伝播する光の波長の数を増加させることである。波長分割多重（ＷＤＭ）は、光学伝送技術（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）であり、複数の波長を同じ光ファイバで伝播し、従って、ファイバ毎に総帯域幅（ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）を効果的に増加させ、各波長のビットレートの合計にする。毎秒１テラビットよりも大きい帯域幅は、ＷＤＭベースの通信システムにおいて明示されている。
【００２８】
高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）は、多数の波長を用いてＷＤＭ技術をインプリメントする技術である。ＤＷＤＭは、通常、単一の光ファイバで４０波長より多くを伝播するＷＤＭ技術を説明するために用いられる。波長の数が増加すると、チャンネル幅およびチャンネル間隔（ｓｐａｃｉｎｇ）は減少する。ＤＷＤＭ通信システムにおいて、必要とされるチャンネル幅およびチャンネル間隔を達成するために、高品質、高性能の光学フィルタが必要とされる。これらの光学フィルタは、１．３μｍ〜１．５５μｍの波長スペクトルにわたって、低損失および狭帯域伝送特性を、通常の動作環境において安定した良好な機械的特性を伴って示さなければならない。
【００２９】
ＤＷＤＭ通信システムは、複数の帯域フィルタ（ｂａｎｄ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を必要とし、この帯域フィルタは、システムにおいて伝播する他の波長（チャンネル）から単一の波長（チャンネル）を分離し得る。ＤＷＤＭ通信システムにおいて帯域フィルタとして用いられる光学フィルタの１タイプは、ファブリーペロ干渉フィルタである。ファブリーペロフィルタは、λ／２層により分離された２つの高反射率多層を備える。動作において、λ／２空間層（ｓｐａｃｅ ｌａｙｅｒ）における複数の干渉は、フィルタ出力スペクトル特性を複数のλ／２空間層である波長の狭帯域にわたって、急激に最大限に到達させる。
【００３０】
ＤＷＤＭ通信システムにおいて用いられる別のタイプの光学フィルタは、誘電体薄膜干渉フィルタである。これらのフィルタは、高屈折率および低屈折率の代替層を含む。各層は、λ／４の厚さである。動作中に、高屈折率の層から反射された光は、位相のずれを被らないが、低屈折率の層から反射された光は、位相が１８０度ずれる。連続する反射により、正面にて構造的に組合され（ｒｅｃｏｍｂｉｎｅ）、狭い波長範囲を有する高度に反射されるビームを生成する。この狭い範囲外に波長を有する光は、ごく低い強度のレベルにて反射される。
【００３１】
誘電体薄膜干渉フィルタは、高屈折率の材料の層および低屈折率の材料の層がガラス基板上に交互に堆積されることにより製作され得る。例えば、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５とが交互の層が用いられ得る。フィルタにわたる屈折率および均一性は、所望のフィルタ特性を達成するために、非常に高い精度で制御されなければならない。
【００３２】
図４は、本発明による、差動ポンプ動作を用いる堆積システム１００の模式図を示す。１実施形態において、堆積システム１００は、スパッタ堆積システムである。しかしながら、任意のタイプの堆積システムが、本発明により用いられ得る。スパッタ堆積は、特に多目的な堆積技術である。周期表におけるほとんどすべての元素を含む薄膜は、スパッタ堆積により堆積されている。合金および化合物は、通常、薄膜の中にスパッタ堆積され得、この薄膜は、ターゲット材料の組成を維持する。さらに、組成は、比較的高い精度で制御され得る。
【００３３】
差動ポンプ動作を用いる堆積システム１００は、堆積チャンバ１０２を含み、このチャンバは、材料を基板上に堆積させるために適切なように圧力を維持する。システム１００は、さらに、堆積源１０２を含む。堆積源は、任意のタイプの堆積源であってもよい。１実施形態において、堆積源１０４は、スパッタ堆積源１０４である。スパッタ堆積源１０４は、複数ターゲットスパッタ堆積源であり得る。スパッタ堆積源１０４は、さらに、２つ以上の材料をスパッタリングする複数のスパッタ堆積源であり得る。複数のターゲットまたは複数の源のスパッタ堆積源は、複数層の薄膜を基板上に堆積させるために用いられる。
【００３４】
１実施形態において、堆積源１０４は、イオンビームスパッタ堆積源である。別の実施形態において、堆積源１０４は、マグネトロンスパッタ堆積源である。マグネトロンスパッタ堆積源は、ダイオードデバイス、磁石およびターゲットを備える。スパッタターゲットは、包囲するガス内で絶縁破壊を引き起こし、プラズマを持続するために十分な高さの負の電位にされる。磁石は、電子を捕獲するために、ターゲットの背後で磁場を生成するように用いられ、これにより、イオンの衝撃効率を強化する。マグネトロン源は有利である。なぜなら、この源は、比較的高いスパッタフラックスを生成するからである。さらに、マグネトロンスパッタ源は、大きい領域を堆積するために用いられ得、通常、基板を比較的わずかに加熱する。
【００３５】
堆積源１０４は、堆積源密閉箱（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）１０６の内部に配置される。堆積源密閉箱１０６は、アパーチャ１０８を備える、分離されたチャンバである。このアパーチャは、所望の量の堆積フラックス１１０を堆積チャンバ１０２の中に通過させる。源密閉箱１０６は圧力を維持する。この圧力は、実質的に、堆積チャンバ１０２の圧力に依存しない。アパーチャ１０８の領域は、堆積源密閉箱１０６と堆積チャンバ１０２との間に所望の圧力差を維持するように選択される。
【００３６】
１実施形態において、堆積システム１００は、複数の堆積源密閉箱を備え、これらの密閉箱は、図５との関連で説明されるように、回転軸上に取り付けられる。複数の堆積密閉箱の各々は堆積源を備え、この源は、異なった材料または異なった材料組成のスパッタターゲットを含む。複数の堆積源密閉箱を備えることは、複数層の薄膜を堆積させるために有用である。
【００３７】
堆積システム１００において分離した堆積源密閉箱１０６を用いる１つの利点は、堆積の結果として、所望でない材料の堆積が堆積源密閉箱１０６内に実質的に含まれないことである。この特徴は、堆積チャンバ１０２の清浄度を維持し、従って、堆積チャンバ１０２に対して行なわれなければならない保守の必要性を低減する。さらに、堆積源密閉箱１０６は、堆積チャンバ１０２とは別に清浄され得る。このことは、さらに、堆積チャンバ１０２に対して行なわれなければならない保守の必要性を低減する。堆積源密閉箱１０６の内部面１１２は、例えば、ビードブラスチングにより粗面化され得、所望でない堆積材料の除去を容易にする。
【００３８】
堆積システム１００において分離した堆積源密閉箱１０４を用いる別の利点は、堆積源密閉箱１０４内部の圧力が、堆積チャンバ１０２における圧力よりも実質的に高くなり得ることである。圧力差は、約１０の係数であり得る。例えば、堆積源密閉箱１０６内の圧力は、約２〜５Ｘ１０^−３トルであり、堆積チャンバ１０２内の圧力は、約２〜５Ｘ１０^−４トルであり得る。
【００３９】
堆積源密閉箱１０６を基板と比べて比較的高い圧力にて維持することは有利である。なぜなら、堆積源１０４は、比較的高い堆積フラックスを生成するからである。さらに、基板上に堆積された材料は、比較的高い純度を有する。なぜなら、比較的小さい背景圧力が、所望でない不純物および汚染を低減するからである。特に、堆積チャンバ１０２よりも高い圧力にて堆積源密閉箱を維持することは、堆積された薄膜におけるアルゴンの濃度を比較的低くする。
【００４０】
堆積システム１００は、シールド１１４を含み、このシールドは、堆積フラックス１１０の経路内に配置されるアパーチャ１１６を規定する。シールド１１４は、堆積源１０４から数インチ以下の距離に配置され得る。シールド１１４は、堆積フラックス１１０がアパーチャ１１６を通るようにし、堆積フラックスが、シールドを通過して他の至る所に伝播することを実質的に妨害する。アパーチャ１１６は、基板に到達する堆積フラックス１１０を空間的に規定する。
【００４１】
基板支持体１１８は、堆積フラックス１１０の経路におけるシールド１１４により規定されるアパーチャ１１６の近傍に配置される。基板支持体１１８は、シールド１１４から、および堆積源密閉箱１０６内のアパーチャから数インチ以下の距離に配置されてもより。基板支持体１１８を堆積源１０４の至近距離に配置することは有利である。なぜなら、比較的高い密度の堆積フラックス１１０が基板に到達し、従って、堆積速度が比較的速くなるからである。１実施形態において、基板支持体１１８は円板を含む。基板支持体１１８は、複数の基板１２０を保持するが、特定の用途においては１つの基板のみを保持し得る。
【００４２】
堆積システム１００は、さらに、２重走査システム１２２を含む。２重走査システムは、第１の運動および第２の運動を用いて、基板支持体１１８をアパーチャ１０８に対応して走査する走査システムを意味する。第１の運動および第２の運動は、並進運動または回転運動等の、任意のタイプの運動であり得る。第１のタイプの運動および第２のタイプの運動は同じか、または異なったタイプの運動であり得る。例えば、１実施形態において、２重走査システム１２２は、並進運動および回転運動を用いて走査する。別の実施形態において、２重走査システム１２２は、第１の並進運動および第２の並進運動を用いて走査する。
【００４３】
第１の運動および第２の運動の走査速度は異なり得、別々に制御され得る。走査速度は、運動のタイプに依存する回転速度または並進速度であり得る。１実施形態において、１つの運動の走査速度が、他の運動の走査速度よりも実質的に大きい。例えば、１つの運動の走査速度が、他のタイプの運動の走査速度よりも５倍大きくなり得る。１実施形態において、第１のタイプの運動および第２のタイプの運動のうちの少なくとも１つの走査速度は、堆積中に時間の経過とともに変化する。
【００４４】
２重走査システム１２２は、２つの運動を用いて、基板支持体１１８をアパーチャ１０８に対応して走査する任意のタイプの走査システムであり得る。１実施形態において、２重走査システム１２２は、回転走査システム１２４および並進走査システム１２６を含む。回転走査システム１２４はシャフト１２８を備え、このシャフトは、基板支持体１１８に回転するように取り付けられ、真空供給桶１３０を通って配置される。
【００４５】
シャフト１２８は、電動機１３２によって回転速度にて回転される。１実施形態において、電動機１３２は、１．０００ＲＰＭよりも大きい回転速度にてシャフト１２８を回転させる。電動機１３２は、電動機密閉箱の内部に配置され得、ベロー１３６を有する堆積チャンバ１０２に取り付けられる。これは、電動機１３２が堆積チャンバ１０２の表面に沿って並進することを可能にする。これは、さらに、電動機密閉箱１３４に大気圧がかかることを可能にし、このことは、堆積システム１００を簡略化し、システム全体のコストを低減する。
【００４６】
並進走査システム１２６は、直線駆動機構（ｌｉｎｅａｒ ｄｒｉｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）１３８を含む。この直線駆動機構は、基板支持体１１８およびシールド１１４によって規定されたアパーチャ１１６のうちの少なくとも１つを特定の並進速度にて直線方向に並進運動させる。図４に示される実施形態において、正しい位置に固定された直線駆動機構１３８は、基板支持体１１８に結合され、この基板支持体１１８を、シールド１１４によって規定されたアパーチャ１１６に対応して並進運動させる。他の実施形態において、直線駆動機構１３８は、シールド１１４に結合され、アパーチャ１１６を基板支持体１１８に対応して並進運動させる。本実施形態において、直線駆動機構１３８は、さらに、堆積源密閉箱１０６に結合されてもよい。
【００４７】
１実施形態において、２重走査システム１２２は、堆積された薄膜の均一性を最大化するために非常に平滑な運動を引き起こすように設計される。例えば、２重走査システム１２２は、空気軸受け駆動装置を備え得る。この駆動装置は、非常に平滑な運動を生成し、この運動は正確に制御され得る。
【００４８】
１実施形態において、１次元における走査速度は、他の方向での走査速度よりもはるかに速い。はるかに速いとは、１つの走査速度が他の走査速度よりも５倍速いことを意味する。他の走査速度と比べてはるかに速い１つの走査速度を用いることは、厚さの均一性におけるリップルを低減する。例えば、回転速度は、直線並進速度よりもはるかに速くなり得る。１実施形態において、回転運動は、並進運動の並進速度よりも、少なくとも５倍大きい。高度な均一性は、約１．０００〜３．０００ＲＰＭの、比較的速い回転速度、および毎秒約０．５〜４インチの比較的低速度の直線走査を用いることによって達成され得る。
【００４９】
１実施形態において、少なくとも１つの運動の走査速度は、均一性を改善するために、堆積中に変化する。走査速度は、堆積中の時間関数として変動し得る。走査速度は、さらに、基板支持体１１８、およびシールド１１４によって規定されるアパーチャ１１６の相対位置の関数として変動し得る。例えば、走査速度の少なくとも１次元の変更は、半径方向の均一性の作用を少なくとも部分的に補償するために用いられ得る。いくつかのシステムにおいて、堆積フラックス１１０は、アパーチャ１１６の中央から半径方向の位置の関数である。走査速度の定数１／Ｒの訂正が直線並進信速度に適用され得、半径方向の均一性の作用を補償する。
【００５０】
１実施形態において、堆積された薄膜において厚さの変動を生成するために、少なくとも１つの運動の走査速度が堆積中に変更され、薄膜光学フィルタの周波数特性を変更する。例えば、走査速度は、基板支持体１１８、およびシールド１１４によって規定されたアパーチャの相対位置の関数として変更され得、同時に、中心の波長が異なった薄膜フィルタを生成する。このような能力は、ＤＷＤＭ通信システム用の薄膜フィルタを大量生産するために重要である。
【００５１】
本発明の２重走査システム１２２の他の複数の実施形態がある。少なくとも２つの運動を用いる、基板支持体１１８の走査、アパーチャ１１６の走査および／または堆積源密閉箱１０６の走査を任意に組み合わせることは、本発明により均一性を改善する。例えば、１実施形態において、基板支持体１１８は固定され、アパーチャ１１４および堆積源密閉箱１０６は２つの運動を用いて層アされる。別の実施形態において、基板支持体１１８は、１方の運動を用いて走査され、アパーチャ１０８または堆積源密閉箱１０６は、他方の運動を用いて走査される。
【００５２】
本発明の２重走査システム１２２の１つの利点は、高度の均一性が取得され得、ここで、均一性は、スパッタターゲットのライフサイクル等の堆積源１０４のパラメータに依存しないことである。すなわち、高度の均一性は、ターゲットの物理的条件に関係無く取得され得る。
【００５３】
１実施形態において、堆積システム１００は、イオン源１４０を含み、このイオン源は、イオンビーム支援プロセスのために用いられるイオンビーム１４２を生成する。アルゴンまたは酸素等の気体、あるいは気体の混合物は、イオン源１４０の中に導入される。プラズマは、イオン源１４０内で生成される。イオンは、複数のアパーチャ電極を用いてプラズマから抽出され、その後、加速される。１実施形態において、イオンは、１００ｅＶ〜５００ｅＶの範囲のエネルギーに加速される。
【００５４】
イオン源１４０は、基板支持体１１８から数インチ以下の距離に配置され得る。イオン源１４０を基板支持体１１８の至近距離に配置することは、イオンビーム１４２の密度を高める。１実施形態において、イオン源１４０は、基板支持体１１８および堆積源密閉箱１０６に対応した位置であり、従って、イオンビーム１４２および堆積フラックス１１０は重ならない（図４に図示）。このような構成は、位相が異なるイオンビーム支援プロセスを実行するために用いられ得、ここで、イオンビーム１４２および堆積フラックス１１０は、基板１２０に交互に当たる。すなわち、例えば、堆積フラックス１１０は、走査の一方の部分の間、基板１２０に当たり、イオンビーム１４２は、走査の他方の（重ならない）部分の間、基板１２０に当たる。
【００５５】
イオン源１４０は、酸素ビームを生成する酸素イオン源であり得る。酸素イオン源は、位相が異なる酸化（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｈａｓｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）のために用いられ得る。例えば、酸素イオン源は、多層堆積間に堆積された薄膜を酸化するために用いられ得る。堆積チャンバの外にイオン源を配置することは、多数の利点を有する。１つの利点は、このようなイオン源は、比較的高い酸素流量であっても、酸素の汚染（すなわち、ターゲット材料の所望でない酸化）等のターゲット材料の汚染を引き起こさない。
【００５６】
１実施形態において、堆積システム１００は、堆積フラックス１１０をモニタリングする検出器１４４を備える。検出器１４４は、薄膜の厚さおよび／または堆積速度を測定する水晶発振器であり得る。１実施形態において、シールド１１４は、堆積フラックス１１０の一部を通過させる第２のアパーチャ（図示せず）を含む。検出器１４４は、第２のアパーチャの背後に配置され、堆積フラックス１１０を検出および測定する。堆積フラックス１１０の測定は、より均一な堆積フラックス１１０を生成する工程を包含する種々の用途のために堆積源１０４のパラメータを変更するために用いられ得る。さらに、堆積フラックス１１０の測定は、回転走査システム１２４の回転速度および／または並進走査システム１２６の並進速度を制御するために用いられ得る。
【００５７】
１実施形態において、堆積システム１００は、単一の波長光ビームを生成する、チューナブルレーザ等の光源を有するインサイチュ薄膜モニタを備える。チューナブルレーザの波長が選択され、堆積材料がレーザ光の一部を吸収する。レーザは、従って、堆積領域および基板１２０に伝播する。
【００５８】
検出器は、基板１２０の裏側の近傍に配置される。検出器は、堆積領域および基板１２０を通って伝送される光の強度をモニタリングする。膜の厚さが厚くなると、光ビームのより大きい部分が薄膜の中に吸収され、伝送された、従って検出された光ビームの強度は低くなる。厚さおよび堆積速度は、検出された光ビームの強度の測定から規定され得る。この情報は堆積プロセスを制御するために用いられ得る。
【００５９】
図５は、本発明による、差動ポンプ動作を用いる堆積システム１００の１実施形態の３次元模式図を示す。堆積チャンバ１０２は裁断されているので、２重走査システム１２２、基板支持体１１８、複数の多重スパッタ源密閉箱１０６、およびイオン源１４０が可視である。図４は、堆積チャンバ１０２を排気する真空ポンプ１５０を図示する。
【００６０】
図５に示される２重走査システム１００は、基板支持体１１８に回転するように取り付けられたシャフトを有する回転走査システム１２４を備える。シャフトは、電動機１３２により回転される。並進走査システム１２２は、直線駆動機構１３８を備え、この機構は並進速度にて基板支持体１１８を並進させる。
【００６１】
図６は、本発明の堆積装置を用いて、基板１２０をオーバースキャンする方法を示す。本発明のオーバースキャン方法は、走査の範囲を拡大して、エッジ効果を取り除くことにより、堆積された薄膜の均一性を改善する。１実施形態において、所望の堆積領域２００（すなわち、均一の薄膜が所望される領域）は、円または環の形状である。オーバースキャン領域２０２は、円のエッジに対応する。オーバースキャン領域２０２は、直線駆動機構１３８（図４）が方向を変更する場所に対応する領域である。
【００６２】
オーバースキャンの方法は、直線駆動機構１３８を直線方向で、所望の堆積領域２００を著しく通過して並進させる工程を包含し、従って所望の堆積領域２００は、等しい量のスパッタフラックス１１０に露出される。１実施形態において、複数の基板１２０は、所望の堆積領域２００に配置される。別の実施形態において、１つの大きい基盤が基板支持体１１８上に配置され、堆積の後、基板から所望の堆積領域が切り裂かれるか、または切断される。
【００６３】
（等価物）
本発明は、特に、特定の好適な実施形態を参照して示され、かつ説明されたが、添付の請求項により定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形式および詳細の種々の変更が行なわれ得ることが当業者によって理解される。例えば、本明細書中で説明される薄膜を堆積させる方法および装置は、エッチング薄膜に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、従来技術の電子ビーム蒸着堆積システム（ｅｒｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｔａｔｉｏｎ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）の模式図を示す。
【図２】
図２は、従来技術のイオンビームスパッタ堆積システムの模式図を示す。
【図３】
図３は、従来技術のマグネトロンスパッタ堆積システムの模式図を示す。
【図４】
図４は、本発明による、差動ポンプ動作を用いる堆積システムの模式図を示す。
【図５】
図５は、本発明による、差動ポンプ動作を用いる堆積装置の１実施形態の３次元模式図を示す。
【図６】
図６は、本発明の差動ポンプ動作を用いる堆積装置を用いて基板をオーバースキャンする方法を示す。

Claims (42)

1. 差動ポンプ動作を用いる堆積システムであって、
   ａ．第１のチャンバ内に配置された堆積源であって、中性原子および分子を含む堆積フラックスを生成する、堆積源と、
   ｂ．該堆積フラックスの経路内に配置されるアパーチャを規定するシールドであって、該堆積フラックスが該アパーチャを通るようにし、該堆積フラックスがシールドを通過して他の至る所に伝播することを実質的に妨害する、シールドと、
   ｃ．該シールドの近傍の第２のチャンバ内に配置される基板支持体であって、該第２のチャンバ内の圧力は、該第１のチャンバ内の圧力よりも小さい、基板支持体と、
   ｄ．第１の運動および第２の運動を用いて、該基板支持体を該アパーチャに対応して走査する２重走査システムと、
   を備える、差動ポンプ動作を用いる堆積システム。
2. 前記堆積源は、マグネトロンスパッタ源を含む、請求項１に記載の堆積システム。
3. 前記堆積源は、蒸着源を含む、請求項１に記載の堆積システム。
4. イオンビームを生成するイオン源であって、前記第２のチャンバ内に配置され、該イオンビームは堆積領域に当たる、イオン源をさらに含む、請求項１に記載の堆積システム。
5. 前記イオン源は、イオンビームが前記堆積フラックスと重ならないように配置される、請求項１に記載の堆積システム。
6. 前記２重走査システムは、機械的走査システムを含む、請求項１に記載の堆積システム。
7. 前記第１の運動の走査速度は、前記第２の運動の走査速度よりも実質的に高い、請求項１に記載の堆積システム。
8. 前記第１の運動と前記第２の運動のうちの少なくとも１つの走査速度は、堆積中に時間の経過とともに変化する、請求項１に記載の堆積システム。
9. 前記２重走査システムは、回転走査システムおよび並進走査システムを含み、前記第１の運動は、回転速度を有する回転運動を含み、前記第２の運動は、並進速度を有する並進運動を含む、請求項１に記載の堆積システム。
10. 前記回転運動の前記回転速度は、前記並進運動の前記並進速度よりも、少なくとも５倍大きい、請求項９に記載の堆積システム。
11. 前記アパーチャは、伝送される堆積フラックスを増加させるように形成される、請求項１に記載の堆積システム。
12. 前記アパーチャは、過剰スキャン領域を低減するように形成される、請求項１に記載の堆積システム。
13. 堆積中に前記薄膜の特性をモニタリングする、インサイチュモニタリングシステムをさらに含む、請求項１に記載の堆積システム。
14. 均一の薄膜を堆積する方法であって、該方法は、
    ａ．第１の圧力にて堆積フラックスを生成する工程と、
    ｂ．基板を該堆積フラックスに露出する工程であって、該基板は第２の圧力の状態にあり、該第２の圧力は、該第１の圧力よりも小さい、露出する工程と、
    ｃ．第１の運動を用いて、該基板を該堆積フラックスに対応して走査する工程であって、第１の運動の走査速度は、第２の運動の走査速度よりも大きく、これにより均一の薄膜が該基板上に堆積される、走査工程と
    を包含する、方法。
15. 前記第１の運動は、回転走査速度を有する回転運動であり、前記第２の運動は、並進走査速度を有する並進運動である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記回転運動の前記回転速度は、前記並進走査速度よりも、少なくとも５倍大きい、請求項１５に記載の方法。
17. 前記堆積フラックスは、マグネトロンスパッタにより生成される、請求項１４に記載の方法。
18. 前記堆積フラックスは、アパーチャを通るようにされる工程をさらに包含する、請求項１４に記載の方法。
19. 前記第１の運動および前記第２の運動のうちの少なくとも１つにて、前記基板を前記堆積フラックスに対応してオーバースキャンする工程をさらに包含する、請求項１４に記載の方法。
20. 前記基板をイオンビームに露出する工程をさらに包含する、請求項１４に記載の方法。
21. 前記イオンビームは、堆積フラックスと重ならない、請求項２０に記載の方法。
22. 前記イオンビームは、堆積フラックスと重なる、請求項２０に記載の方法。
23. イオンビーム支援堆積システムであって、
    ａ．第１のチャンバ内に配置される堆積源であって、中性原子および分子を含む堆積フラックスを生成する、堆積源と、
    ｂ．第２のチャンバ内に配置される基板支持体であって、該第２のチャンバ内の圧力は、該第１のチャンバ内の圧力よりも小さい、基板支持体と、
    ｃ．イオンビームを生成するイオン源であって、第２のチャンバ内に配置され、基板支持体上の堆積領域に当たる、イオン源と、
    を備える、イオンビーム支援堆積システム。
24. 前記堆積源は、マグネトロンスパッタ源を含む、請求項２３に記載の堆積システム。
25. 前記イオン源は、前記イオンビームが前記堆積フラックスと重ならないように配置される、請求項２３に記載の堆積システム。
26. 第１の運動および第２の運動を用いて、前記基板支持体をアパーチャに対応して走査する、２重走査システムをさらに含む、請求項２３に記載のシステム。
27. 前記第１の運動の走査速度は、前記第２の運動の走査速度よりも実質的に大きい、請求項２６に記載の堆積システム。
28. 前記第１の運動および前記第２の運動のうちの少なくとも１つの走査速度は、堆積中に時間の経過とともに変化する、請求項２６に記載の堆積システム。
29. 前記２重走査システムは、特定の回転速度にて前記基板支持体を走査する回転走査システムと、並進速度にて、該基板支持体を前記アパーチャに対応して走査する並進走査システムとを含む、請求項２６に記載の堆積システム。
30. 回転運動の回転速度は、並進運動の前記並進速度よりも、少なくとも５倍大きい、請求項２９に記載の堆積システム。
31. 堆積中に薄膜の特性をインサイチュモニタリングするシステムをさらに含む、請求項２３に記載の堆積システム。
32. 前記堆積フラックスの経路内に配置されるアパーチャを規定するシールドであって、該堆積フラックスが該アパーチャを通るようにし、該堆積フラックスが、シールドを通過して他の至る所に伝播することを実質的に妨害する、シールドをさらに含む、請求項２３に記載の堆積システム。
33. 前記アパーチャは、伝送された堆積フラックスを増加させるように形成される、請求項３２に記載の堆積システム。
34. 前記アパーチャは、オーバースキャン領域を低減するように形成される、請求項３２に記載の堆積システム。
35. 位相が異なるイオンビーム支援堆積の方法であって、該方法は、
    ａ．第１の圧力にて堆積フラックスを生成する工程と、
    ｂ．該堆積フラックスを第２の圧力にて基板上に堆積させる工程であって、該第２の圧力は、該第１の圧力よりも小さい、工程と、
    ｃ．基板をイオンビームに露出する工程であって、該イオンビームは、該堆積フラックスと重ならない、工程と
    を包含する、方法。
36. 前記堆積フラックスは、マグネトロンスパッタにより生成される、請求項３５に記載の方法。
37. 第１の運動および第２の運動を用いて、前記基板を前記堆積フラックスに対応して走査する工程をさらに包含する、請求項３５に記載の方法。
38. 前記第１の運動の走査速度は、前記第２の運動の走査速度よりも大きく、これにより、均一の薄膜が前記基板上に堆積される、請求項３７に記載の方法。
39. 前記第１の運動は、回転走査速度を有する回転運動であり、前記第２の運動は、並進走査速度を有する並進運動である、請求項３７に記載の方法。
40. 前記回転運動の前記回転速度は、前記並進走査速度よりも、少なくとも５倍大きい、請求項３９に記載の方法。
41. 前記堆積フラックスがアパーチャを通るようにする工程をさらに包含する、請求項３５に記載の方法。
42. 前記第１の運動および前記第２の運動のうちの少なくとも１つにて、前記基板を前記堆積フラックスに対応してオーバースキャンする工程をさらに包含する、請求項３５に記載の方法。

Images