KR20060135932A

KR20060135932A - 성막 장치 및 성막 방법

Info

Publication number: KR20060135932A
Application number: KR1020067022927A
Authority: KR
Inventors: 노리아키 다니; 다이조 모리나카; 도시히로 스즈키; 마사히로 마츠모토
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-12-29
Also published as: WO2005098081A1; CN1957106B; US20080026548A1; TW200602506A; TWI414617B; CN1957106A; JP5414772B2; JP2012067394A; JP4922756B2; JPWO2005098081A1

Abstract

본 발명은 박막을 적층하는 광학막에서, 설계치에 가까운 광학특성을 갖는 광학막을 형성하는 것을 목적으로 한다.

진공실내 (2) 에, 기판 (4) 을 유지하는 회전 드럼 (3), 기판 (4) 의 피성막면에 금속막을 형성하기 위한 Si 타겟 (22), Ta 타겟 (23), 및 금속막을 플라즈마에 의해 반응가스와 반응시키는 ECR 반응실 (30) 이 제공된다. 이 성막장치 (51) 에, 피성막면에 이온 빔을 조사하여 피성막면에 형성된 막의 반응을 촉진시키는 이온 건 (11) 을 설치하고, 금속막을 형성, 가스반응 및, 이온빔에 의한 반응 촉진을 반복하여 실시한다.

성막, 성막 장치, 성막 방법, 이온 빔

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}

본 발명은, 기판의 피성막면 (표면) 에 금속막이나 유전체막 등을 형성하는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것으로, 특히 평활성이 높은 막을 형성하는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다. 또, 홈 등의 요철을 표면에 갖는 기판에 대해서, 균일하고 또한, 평활한 성막이 가능한 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.

스퍼터링법 등에 의해 광학막을 형성하는 방법이 널리 채용되고 있지만, 원하는 광학 특성을 얻기 위해서, 복수의 박막을 적층시키는 경우가 있다. 특히 최근에, 정밀도가 높은 광학 특성이 요구되고 있고, 이에 동반하여 적층 매수가 증가하고, 광학막 전체의 막두께도 두꺼워지는 경향에 있다. 그리고, 이러한 경향에 수반하여 광의 흡수가 낮고 (투과율이 높고) 광학 특성이 우수하며, 표면이 평활한 막의 형성이 필요해지고 있다.

또, 반도체 분야에 있어서는, 기판의 실장 밀도를 높이기 위해서, 기판상에 형성되는 컨택트 홀이나 배선용 홈의 애스펙트 비 (깊이/홀 지름 또는 홈의 폭) 가, 점점 커지는 경향에 있다. 그리고, 예를 들어, 구리를 사용한 반도체 배선에서는, 이러한 홀이나 홈의 내측 (측벽이나 저면) 에 대해, 배리어 층이나 전해 도금용 시드층을 형성해야 한다.

이와 같이 표면에 요철을 갖는 기판에 성막하는 방법으로는, 예를 들어, 스퍼터링에 의한 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1, 2 참조).

한편, 단차를 갖는 기판상에, 우수한 광학막을 적층하는 광학 소자가 주목받고 있다. 이러한 소자에서는, 단차의 형상을 따른 피복성이 우수하고 또한, 광의 흡수나 난반사가 극히 적은, 즉, 광 투과율이 높고, 표면 평활성이 뛰어난 광학막이 필요 불가결하게 되고 있다.

특허 문헌 1: 일본공개특허공보 평8-264487호 ( 5 내지 10 면, 도 2 내지 3)

특허 문헌 2: 특허공보 제2602276호 (4 내지 6 면, 도 1 및 도 13)

발명의 개시

발명이 해결하려고 하는 과제

그런데, 광학막 등 박막을 복수 적층하는 경우, 각 박막의 표면이 평활 (평탄) 하지 않기 때문에, 또 광이 근소하나마 흡수되어 버리기 때문에, 적층한 막에 있어서, 설계대로의 광학 특성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 그래서 본 발명은, 박막을 적층하는 광학막에서, 각 박막에 이온 빔을 조사하면서 연속적으로 성막함으로써, 설계치에 가까운 광학 특성을 갖는 광학막을 형성하는 것을 목적으로 한다.

또, 표면에 요철을 갖는 기판에 스퍼터링하면, 오목부의 견부 (개구 가장자리부) 에 오버행 (개구부를 막도록 형성되는 막) 이 형성되어 이 오버행에 의해 스퍼터 입자가 오목부의 측벽 및 저면에 도달하기 어려워진다. 이 때문에, 오목부의 저면에 원하는 막두께의 막이 균일하게 형성되지 않고, 이 오목부에 배선 또는 광학 박막을 매립했을 때에, 매립 특성이 나쁜 결과가 된다. 또, 요철을 갖는 기판 표면으로의 커버리지 (요철에 따른 균일한 성막) 가 양호하게 실시되지 않게 된다. 추가로 기판에 형성되는 막의 표면 거칠기 (roughness) 가 큰 경우에는, 광의 투과율이 저하되고, 광학적인 손실이 커지게 된다.

그래서 본 발명은, 유전체막을 성막할 때에, 기판의 피성막면에 이온 빔을 조사하고, 피성막면에 형성된 막의 반응성을 촉진시킴으로써, 광투과율이 높고, 또한, 표면 평활성이 높은 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 표면에 요철을 갖는 기판에 대해서, 이온 건으로 조사하는 가스의 종류와 이온 빔의 가속 전압을 적정화함으로써, 매립 특성 및 커버리지가 양호한 막을 형성할 수 있고 또한, 막의 표면거칠기를 작게 할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 성막 장치 중 청구항 1 에 기재된 발명은 진공 배기 가능한 진공실 내에, 기판을 유지하는 유지 부재 (holding member) 와 기판상에 박막을 형성하는 성막 수단과 박막을 플라즈마에 의해 반응 가스와 반응시키는 반응 수단과, 기판에 이온 빔을 조사하는 이온 건을 구비하고, 이온 빔의 조사에 의한, 박막과 반응 가스와의 반응의 촉진 및 박막의 일부 에칭 중 어느 하나를 하거나, 또는 양자 모두를 하여 적층한 박막을 형성하는 구성을 가지고 있다.

또 청구항 2 에 기재된 발명은, 상기 구성에 추가하여, 유지 부재는 자전하는 통 형상의 회전 드럼이며, 그 회전 드럼의 둘레면에 기판을 유지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

추가로 청구항 3 에 기재된 발명은, 유지 부재가, 자전하는 판 형상의 회전반 (rotary disk) 이고, 그 회전반의 판면에 기판을 유지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 4 에 기재된 발명은, 성막 수단을 복수 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 5 에 기재된 발명은, 성막 수단과 반응 수단에 의해 산화막 및 질화막 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두를 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 6 에 기재된 발명은, 성막 수단이 스퍼터링 수단인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 7 에 기재된 발명은, 이온 건에 인가하는 가속 전압을 500V 내지 3000V 로 한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 8 에 기재된 발명은, 이온 빔을 형성하는 가스가 산소 이온을 공급하는 산화 가스 및 질소 이온을 공급하는 질화 가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 9 에 기재된 발명은 이온 빔을 기판에 거의 수직으로 조사하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 10 에 기재된 발명은, 요철을 갖는 기판에 대해 오목부 내에 박막이 부착되는 것을 저해하도록 형성된 박막에, 이온 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 구성의 성막 장치에서는, 예를 들어 금속막의 형성, 가스 반응 및 이온 빔에 의한 반응 촉진과 에칭을 반복하여 실시함으로써, 막의 거칠기를 형성하는 볼록부가 에칭되어 표면거칠기가 작아짐과 함께, 이온 빔에 의해 가스 반응이 촉진되어 양호한 막이 형성된다.

본 발명의 성막 방법 중, 청구항 11 에 기재된 발명은, 진공 배기 가능한 진공실 내에서 유지 부재에 유지된 기판에 박막을 형성하는 성막 공정과, 형성된 박막을 플라즈마에 의해 반응 가스와 반응시키는 반응 공정과, 기판에 이온 건에 의해 이온 빔을 조사하는 조사 공정을 구비하고, 조사 공정이 박막과 반응 가스와의 반응의 촉진 및 박막의 일부 에칭 중 어느 하나를 하거나, 또는 양자 모두를 하여 적층한 박막을 형성하는 구성을 가지고 있다.

또 청구항 12 에 기재된 발명은, 상기 구성에 추가하여, 유지 부재가 자전하는 통 형상의 회전 드럼이며, 회전 드럼의 주위면에 기판을 유지하고 있어, 회전 드럼을 회전시키면서 성막 공정, 반응 공정 및 조사 공정에 의해 박막을 적층하는 것을 특징으로 하는 구성을 가지고 있다.

추가로 청구항 13 에 기재된 발명은, 유지 부재가 자전하는 판 형상의 회전반이며, 회전반의 판면에 기판을 유지하고 있고, 회전반을 회전시키면서 성막 공정, 반응 공정 및 조사 공정에 의해 박막을 적층하는 것을 특징으로 하는 구성을 가지고 있다.

청구항 14 에 기재된 발명은, 박막을 형성하는 성막 공정이 복수의 성막 수단에 의해 복수의 박막을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 15 에 기재된 발명은, 성막 공정과 반응 공정에 의해 산화막 및 질화막 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두를 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 16 에 기재된 발명은, 성막 공정이 스퍼터링에 의해 박막을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 17 에 기재된 발명은, 이온 건에 인가되는 가속 전압을 500V 내지 3000V 로 한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 18 에 기재된 발명은, 이온 빔을 형성하는 가스가 산소 이온을 공급하는 산화 가스 및 질소 이온을 공급하는 질화 가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 19 에 기재된 발명은, 이온 빔을 기판에 거의 수직으로 조사하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 20 에 기재된 발명은, 요철을 갖는 기판에 대해, 오목부 내에 박막이 부착되는 것을 저해하도록 형성된 박막에, 이온 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 구성의 성막 방법에서는, 이온 빔의 조사에 의해 막의 일부를 에칭 하기 위해, 예를 들어 오목부의 견부에 형성된 오버행이 에칭 (제거) 되고 오목부의 개구가 넓어진다. 이 때문에, 오목부의 측벽 및 저면에까지 스퍼터 입자가 도달하기 쉬워지고, 측벽 및 저면으로의 성막이 양호하게 실시된다. 이 결과, 기판 표면으로의 커버리지가 양호해짐과 함께, 오목부의 저면에 원하는 막두께의 막이 균일하게 형성되어 매립 특성이 양호해진다. 또, 막의 거칠기를 형성하는 볼록부가 에칭되기 위해 표면거칠기가 작아진다.

발명의 효과

본 발명에 의한 성막 장치 및 성막 방법에 의하면, 예를 들어, 금속막의 형성, 가스 반응 및 이온 빔에 의한 반응 촉진과 에칭을 반복하여 실시함으로써, 막의 표면거칠기를 작게 하고 또한, 양호한 막을 형성할 수 있다.

추가로 표면에 요철을 갖는 기판에 대해서, 매립 특성 및 커버리지가 양호한 막을 형성할 수 있고 또한, 막의 표면거칠기를 작게 할 수 있다. 게다가, 이온 건을 형성할 뿐이므로, 장치의 구조가 간단하다.

또, 성막과 에칭을 반복하여 실시함으로써, 연속적으로 매립 특성 및 커버리지가 양호한 막을 형성 할 수 있다.

도 1 은 실시 형태 1 에 관련되는 성막 장치를 나타내는 개념 평면도이다.

도 2 는 실시 형태 1 에 관련되는 성막 장치에서의 이온 건의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.

도 3 은 실시 형태 1 에서의 막의 표면거칠기를 나타내는 도면이다.

도 4 는 실시 형태 1 에서의 막의 투과율을 나타내는 도면이다.

도 5 는 실시 형태 2 에 있어서, 막의 1 층당 광의 흡수율과 23 적층 후의 표면거칠기를 가리키는 도면이다.

도 6 은 실시 형태 3 에 관련되는 성막 장치를 나타내는 개념 평면도이다.

도 7 은 실시 형태 3 에 있어서, 이온 건을 작동시키지 않는 경우의 제 1 기판으로의 성막 상태를 나타내는 단면도이다.

도 8 은 실시 형태 3 에 있어서, 이온 건을 작동시키지 않는 경우의 제 2 기판으로의 성막 상태를 나타내는 단면도이다.

도 9 는 실시 형태 3 에 있어서, 이온 건을 작동시켰을 경우의 제 1 기판으로의 성막 상태를 나타내는 단면도이다.

도 1O 은 실시 형태 3 에 있어서, 이온 건을 작동시켰을 경우의 제 2 기판으로의 성막 상태를 나타내는 단면도이다.

도 11 은 실시 형태 4 에 있어서, 이온 건에 Ar 가스 30sccm 를 공급했을 경우의 제 3 기판으로의 성막 상태를 나타내는 단면도이다.

도 12 는 실시 형태 4 에 있어서, 이온 건에 Ar 가스 10sccm 와 O₂ 가스 20 sccm 를 공급했을 경우의 제 3 기판으로의 성막 상태를 나타내는 단면도이다.

도 13 은 실시 형태 4 에 있어서, 이온 건에 O₂ 가스 30sccm 를 공급했을 경우의 제 3 기판으로의 성막 상태를 나타내는 단면도이다.

도 14 는 실시 형태 4 에 있어서, 도 11 에 나타내는 성막 상태에서의 투과율을 나타내는 도면이다.

도 15 는 실시 형태 4 에 있어서, 도 12 에 나타내는 성막 상태에서의 투과 율을 나타내는 도면이다.

도 16 은 실시 형태 4 에 있어서, 도 13 에 나타내는 성막 상태에서의 투과율을 나타내는 도면이다.

부호의 설명

1, 51 성막 장치

2 진공실

3 회전 드럼 (유지 부재)

4 기판

5 Ni 타겟

11 이온 건

12 이온 건용 가스 도입구

22 Si 타겟

23 Ta 타겟

24, 25 스퍼터 캐소드

28, 29 스퍼터 가스 도입구

30 ECR 반응실 (반응 수단)

31 반응 가스 도입구

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

<실시 형태 1>

도 1 은 본 실시 형태에 관계되는 성막 장치 (1) 를 나타내는 개념 평면도이다.

이 성막 장치 (1) 는 캐러셀식의 스퍼터 성막 장치이고, 진공실 (2) 의 중앙부에, 통 형상의 회전 드럼 (3) 이 중심을 축으로 하여, 회전 가능하게 설치되어 있다. 이 회전 드럼 (3) 의 외주면에는, 기판 (4) 의 표면 (피성막면) 이 개방측을 향하도록 기판 (4) 이 유지되고 있다.

진공실 (2) 의 두 변에는 각각 Si 타겟 (22) 및 Ta 타겟 (23) 이 배치되어, 각 타겟 (22, 23) 은 각각 스퍼터 캐소드 (24, 25) 와 일체적으로 구성되고, 각 캐소드 (24, 25) 는 도면 외의 외부 교류 전원에 접속되고 있다. 또, Si 타겟 (22) 및 Ta 타겟 (23) 의 근방에는, 회전 드럼 (3) 과 대향하는 공간을 격리하도록, 각각 방착판 (26, 27) 이 설치되어 있다. 또, Si 타겟 (22, 22) 사이 및 Ta 타겟 (23, 23) 사이에는, 각각 스퍼터 가스 도입구 (28, 29) 가 설치되어 있다.

Ta 타겟 (23) 과 대향하는 진공실 (2) 의 한 변에는, 타겟 (22, 23) 에 의해 형성된 금속막을 플라즈마에 의해 반응 가스 (본 실시 형태에서는 O₂) 와 반응시키는 ECR 반응실 (30; 반응 수단) 이 설치되어 있다. 또, 이 ECR 반응실 (30) 의 근방에는, 반응 가스 도입구 (31) 가 설치되고, 이 반응 가스 도입구 (31) 로 이어지는 도입관 (32) 에는 컨덕턴스 밸브 (33) 가 장착되어 있다.

Si 타겟 (22) 과 대향하는 진공실 (2) 의 한 변에는, 이온 빔을 조사하는 이온 건 (11) 이 설치되어 있다. 이 이온 건 (11) 은, 회전 드럼 (3) 에 수반하 여 회전하는 기판 (4) 에 대향하도록 배치되어 있고, 이온 건 (11) 으로부터의 이온 빔이 기판 (4) 의 표면에 거의 수직으로 조사되도록 되어 있다. 진공실 (2) 의 이온 건 (11) 근방에는, 이온 건용 가스 도입구 (12) 가 설치되고, 이 이온 건용 가스 도입구 (12) 로 이어지는 도입관 (13) 에는, 컨덕턴스 밸브 (14) 가 설치되어 있다.

그런데, 본 실시 형태에서의 이온 건 (11) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같은 구성으로 되어 있다. 즉, 영구자석 (11a) 을 장착한 철요크 (11b) 의 개구 양단부에 N-S극의 누설 자장이 발생하고, 그 근방에 배치된 도너츠 형상의 애노드 전극 (11c) 에, 가속 전압용 전원 (11d) 에 의해 플러스의 전압이 인가되면, 누설 자장영역에서 플라즈마가 발생한다. 그리고, 플러스의 애노드 전극 (11c) 에 반발하여 O⁺이온이나 Ar⁺ 이온이 가속되어 기판 (4) 을 향해 조사되는 것이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 이와 같이 개구가 선상 루프의 리니어 이온 건 (11) 을 사용하고 있지만, 평판에 다수의 구멍이 뚫린 그리드형 인출 전극을 갖는 이온 건을 사용해도 된다.

다음으로 이러한 구성의 성막 장치 (1) 에 의해, 기판 (4) 의 표면에 성막 처리를 실시한 결과를 설명한다.

우선, 진공실 (2) 내를 10^-3Pa 까지 진공 배기하고, 스퍼터 가스 도입구 (28, 29) 로부터 Ar 가스를 각각 30sccm 도입하고, 반응 가스 도입구 (31) 로부터 O₂가스를 100sccm 도입하고 또한, 이온 건용 가스 도입구 (12) 로부터 O₂ 가스를 30sccm 도입한다. 이것에 의해, 타겟 (22, 23) 의 근방의 압력은 0.3Pa 가 되고, 산화실 (그 외의 공간부) 의 압력은 0.2Pa 가 된다.

다음으로 회전 드럼 (3) 을 20Orpm 으로 회전시키고, ECR 반응실 (30) 의 마이크로파 전원에 1㎾ 를 인가하여 산화 플라즈마를 발생시킨다. 또, 이온 건 (11) 에 110W (1,400V - 0.08A) 를 인가해서 이온 빔을 발생시킨다. 이어서, 스퍼터 캐소드 (24) 에 AC 5㎾ 를 인가하고, 소정의 막두께의 SiO₂ 막이 형성될 때까지, 스퍼터링을 실시한다. 동일하게 스퍼터 캐소드 (25) 에 AC 5㎾ 를 인가하고, 소정의 막두께의 Ta₂O₅막이 형성될 때까지, 스퍼터링을 실시한다.

이와 같이 하여, 스퍼터링에 의한 SiO₂ 막과 TaO₅ 막의 성막, ECR 반응실 (30) 에 의한 산화 반응 및, 이온 건 (11) 에 의한 산화 반응의 촉진과 막 표면의 에칭을 반복하여 실시하고, 기판 (4) 의 표면에 미리 광학 설계한 광학 다층막 (30 적층) 을 형성했다. 이 결과를 도 3, 4 에 나타낸다. 또한, 비교를 위해서, 이온 건 (11) 을 작동시키지 않는 경우의 결과에 대해서도, 도 3, 4 에 나타내고 있다.

도 3 은 이온 건 (11) 을 작동시켰을 경우와 작동시키지 않는 경우에서의, 막의 표면거칠기 (중심선평균 거칠기 Ra) 를 나타낸 것이다. 또한, 이 도 3 에는, 상기의 SiO₂/Ta₂O₅ 막에 더하여, SiO₂/TiO₂ 막 및 SiO₂/Nb₂O₅ 막 (각각 30 적층) 에 대해서도 나타내고 있다. 이 도 3 에서 분명해지듯이, 이온 건 (11) 을 작동시켰을 경우가 이온 건 (11) 을 작동시키지 않는 경우에 비해, 표면거칠기가 작 은 것을 알 수 있다.

도 4 는 분광 광도계에 의해 측정한 광학 다층막의 광학 특성, 즉 파장 400 내지 500㎚ 의 광에 대한 투과율을 나타낸 것이다. 이 도 4 에서 분명해지듯이, 이온 건 (11) 을 작동시켰을 경우 쪽이, 이온 건 (11) 을 작동시키지 않은 경우에 비해 투과율이 높고 또한, 설계치에 보다 가까운 값 (투과율) 을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 이온 빔을 조사함으로써, 투과율이 높고, 광학적인 손실이 작은 막이 형성되었다.

이와 같이, 이온 건 (11) 을 작동시킴으로써, 막의 표면거칠기가 작고, 또, 투과율이 높은 것은, 이온 빔을 조사함으로써 막의 거칠기를 형성하는 볼록부가 에칭되어 표면거칠기가 작아지고, 표면거칠기가 작아짐으로써 광의 표면 산란이 작아지고, 투과율이 높아지기 때문이다.

그런데, 이온 건 (11) 으로부터 이온 빔의 외주에는, 플라즈마가 발광하고 있고, 이 플라즈마가 ECR 반응실 (30) 에 의한 플라즈마와 함께, 금속막의 산화 반응에 기여하고 있다.

본 실시 형태에서는 성막, 이온 건 (11) 에 의한 반응 촉진과 에칭, ECR 반응실 (30) 에 의한 산화 반응을 순차적으로 반복 실시하고 있지만, 성막, ECR 반응실 (30) 에 의한 산화 반응, 이온 건 (11) 에 의한 반응 촉진과 에칭이라는 순으로, 반복하여 실시하여도 된다.

그런데, 이온 건 (11) 에 의한 이온 빔의 빔 에너지는, 500eV 이상 3,OOOeV 이하의 범위를 주로 하는 에너지 분포를 가지고 있는 것이 바람직하다. 이것은 500eV 미만의 에너지가 주라면 에칭 효과를 얻지 못하고, 3,000eV 보다 큰 에너지가 주라면 과도하게 에칭되어 버려서, 성막 속도가 저하하기 때문이다.

또, 본 실시 형태에서는, 이온 빔을 형성하는 가스로서 산화 반응 촉진성이 풍부한 O₂를 사용하고 있지만, O₃, N₂O, CO₂, H₂O 등의 산소 이온을 공급하는 산화 가스를 포함하는 반응성 가스를 사용해도 된다. 또, 질화막을 형성하는 경우에는, N₂, NH₃ 등의 질소 이온을 공급하는 질화 가스를 포함한 반응성 가스를 사용해도 된다.

추가로 본 실시 형태에서는, 기판 (4) 을 회전 드럼 (3) 의 외주면에 유지하는 캐러셀식으로 하고 있지만, 회전반에 기판 (4) 을 유지해도 된다. 예를 들어, 중심을 축으로 하여 회전하는 평판 형상의 회전 원반을 유지 부재로 하고, 이 회전 원반의 판면에, 기판 (4) 의 표면이 개방측을 향하도록 기판 (4) 을 유지해도 된다.

또, 본 실시 형태에서는, 2 개의 스퍼터 캐소드 (24, 25) (스퍼터링 수단) 와 1 개의 이온 건 (11) 및 ECR 반응실 (30) 을 설치하고 있지만, 필요로 하는 막두께, 성막 속도, 기판의 수나 크기 등에 따라서, 각각 설치하는 수를 바꾸어도 된다.

<실시 형태 2>

본 실시 형태에서는, 실시 형태 1 과 관계되는 성막 장치 1 에 있어서, 이온 건 (11) 에 인가되는 가속 전압을 바꾸어 성막을 실시했다. 즉, 이온 건 (11) 에 0V (작동시키지 않음), 700V, 1,400V 및 2,800V 의 가속 전압을 인가하고, 성막, ECR 반응실 (30) 에 의한 산화 반응 및, 이온 건 (11) 에 의한 반응 촉진과 에칭을 반복하여 실시하여, 광학 다층막 (23 적층) 을 형성했다.

각각의 가속 전압에 의해 형성된 막의 1 층당 광의 흡수율과 23 적층 후의 표면거칠기를 도 5 에 나타낸다. 또한, 광의 흡수율은, 파장 400㎚ 로 측정했다. 또, 이온 건 (11) 에 인가되는 가속 전압에 대해서, 실제로 얻을 수 있는 에너지는 그 가속 전압을 중심으로 완만한 에너지 분포 (정규 분포와 같은 분포) 를 가지고 있지만, 가장 에너지량이 많은 부분은 가속 전압과 거의 같았다.

도 5 에 나타내듯이, 이온 건 (11) 이 동작하고 있지 않은 0V 에서는, 광의 흡수율이 0.3% 인 것에 비해, 가속 전압이 700V, 1,400V 및 2,800V 에서는 흡수율이 0.3% 보다 낮고, 이온 빔에 의해 막의 산화 반응성이 향상되고 있는 (반응이 촉진되고 있는) 것을 알 수 있다. 그러나, 가속 전압이 1,400V 이상이 되면, 흡수율이 증가하는 경향이 된다. 이것은, 입사 에너지가 어느 정도 낮은 영역에서는 O^-이온이 가속 전압에 의해 막에 에너지를 가지고 입사하기 때문에, 막 표면에서의 반응성이 향상되고 있는 것에 비해, 가속 전압 (입사 에너지) 이 높아지면 산소의 결합 에너지보다 고속으로 가속된 O^-이온이 이미 형성된 유전체막의 가장 표면으로부터 산소를 빼앗기 때문이라고 생각된다.

한편, 표면거칠기는 가속 전압을 증가시킴에 따라 작아지는 것을 알 수 있다. 이는 이온 빔 에너지의 증가에 수반하여, 기판 표면상의 원자를 요동시켜 스퍼터 입자의 마이그레이션 (이동성) 이 향상됐기 때문에, 또, 막 표면의 볼록부가 에칭되었기 때문이라고 생각된다.

이상으로부터 광 투과율이 높고 또한, 표면이 평활한 막을 형성하려면, 이온 건 (11) 에 인가되는 가속 전압을 500V 내지 3,000V 정도로 하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.

<실시 형태 3>

도 6 은 본 실시 형태에 관계되는 성막 장치 (51) 를 나타내는 개념 평면도이다. 실시 형태 1 에 관계되는 성막 장치 (1) 와 같은 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고 있다.

진공실 (2) 의 한 변에는 Ni 타겟 (5) 이 회전 드럼 (3) 에 수반하여 회전하는 기판 (4) 에 대향하도록 배치되어 있다. 이 Ni 타겟 (5) 은, 폭 135㎜, 길이 400㎜, 판두께 3㎜ 의 판재로, 자기회로 (6) 를 통하여 스퍼터 캐소드 (7) 와 일체적으로 구성되어 있다. 또, 진공실 (2) 의 Ni 타겟 (5) 근방에는, 스퍼터 가스 도입구 (8) 가 설치되고, 이 스퍼터 가스 도입구 (8) 에 이어지는 도입관 (9) 에는 컨덕턴스 밸브 (10) 가 설치되어 있다.

또, 회전 드럼 (3) 을 중심으로서 Ni 타겟 (5) 을 90도 회전시킨 위치에, 이온 빔을 조사하는 이온 건 (11) 이 설치되어 있다. 이 이온 건 (11) 은, 회전 드럼 (3) 에 수반하여 회전하는 기판 (4) 에 대향하도록 배치되어 있고, 이온 건 (11) 으로부터의 이온 빔이 기판 (4) 의 표면에 거의 수직으로 조사되게 되어 있다. 진공실 (2) 의 이온 건 (11) 근방에는, 이온 건용 가스 도입구 (12) 가 설 치되고, 이 이온 건용 가스 도입구 (12) 에 이어지는 도입관 (13) 에는, 컨덕턴스 밸브 (14) 가 설치되어 있다.

다음에, 이러한 구성의 성막 장치 (51) 에 의해, 요철을 갖는 기판 (4) 의 표면에 성막 처리를 실시한 결과를 설명한다.

우선, 진공실 (2) 내를 10^-3Pa 까지 진공 배기하고, 스퍼터 가스 도입구 (8) 로부터 가스를 100sccm 도입하여, 진공실 (2) 내의 압력을 0.3Pa 로 한다. 또, 이온 건용 가스 도입구 (12) 로부터 Ar 가스를 25sccm 도입하고, 회전 드럼 (3) 을 20rpm 으로 회전시킨다. 이 상태에서, 스퍼터 캐소드 (7) 에 5㎾ 의 전력을 인가하고, 스퍼터링한다.

또한, 기판 (4) 은 도 7, 9 에 나타내듯이, 애스펙트비는 비교적 작지만 미세한 요철 (4a) 을 표면에 갖는 기판 (4-1) 과 도 8, 10 에 나타내듯이, 애스펙트비가 비교적 큰 요철 (4b) 을 표면에 갖는 기판 (4-2) 을 대상으로 했다.

최초에, 이온 건 (11) 을 작동시키지 않고 (전력을 인가하지 않고), 성막 처리한 결과를 도 7, 8 에 나타낸다.

기판 (4-1) 에 대해서 막두께 200㎚ 의 Ni 막 (15) 을 형성한 결과, 도 7 에 나타내듯이, 요철 (4a) 의 볼록부에는 Ni 막 (15) 이 많이 퇴적되고, 그 양단 (오목부의 견부) 에는 오버행 (15a) 이 형성되었다. 또, 요철 (4a) 의 오목부 저면의 중앙부에는, Ni 막 (15) 의 융기 (15b) 가 형성되어, 오목부에서의 막두께가 균일하지 않았다. 이것은 오버행 (15a) 에 의해 오목부의 개구가 닫혔기 때문 에, 오목부의 중앙부에 스퍼터 입자 (Ni) 가 많이 부착됐기 때문이다. 이와 같이, 오목부에서의 막두께가 균일하지 않기 때문에, 이 오목부에 배선을 매립했을 때에 배선의 안정성이 나쁜 결과가 된다.

또, 기판 (4-2) 에 대해서 막두께 500㎚ 의 Ni 막 (16) 을 형성한 바, 도 8 에 나타내듯이, 요철 (4b) 의 볼록부에는 Ni 막 (16) 이 많이 퇴적되고, 그 정점부에는 구 형상의 오버행 (16a) 이 형성되고, 추가로 그 바로 밑에는 혹 형상의 퇴적부 (16b) 가 형성되었다. 또, 요철 (4b) 의 오목부 안에 형성된 Ni 막 (16) 의 막두께는 비교적 얇고, 특히, 저면의 막두께가 얇았다. 이것은, 오버행 (16a) 및 퇴적부 (16b) 에 의해, 오목부의 개구가 막혀짐과 함께, 오목부에 돌입한 스퍼터 입자의 대부분이 오목부의 측벽에 부착되고, 저면에 도달하지 않았기 때문이다. 이와 같이, 요철 (4b) 의 볼록부에 오버행 (16a), 퇴적부 (16b) 가 형성되고 또한, 오목부의 막두께가 얇아져, 커버리지가 양호하지 않은 결과가 되었다.

다음에, 이온 건 (11) 에 550W (2,800V - 0.2A)의 전력을 인가하고, 이온 건 (11) 으로부터 기판 (4) 에 이온 빔을 조사하면서 성막 처리를 실시했다. 즉, 회전 드럼 (3) 의 회전에 수반하여, 스퍼터링과 이온 빔 조사를 교대로 연속적으로 실시했다. 그 결과를 도 9, 10 에 나타낸다.

기판 (4-1) 에 대해서 막두께 200㎚ 의 Ni 막 (17) 을 형성한 바, 도 9 에 나타내듯이, 요철 (4a) 의 볼록부에는 오버행은 형성되지 않고 또한, 오목부에는 균일한 막두께의 Ni 막 (17) 이 형성되었다. 이 때문에 이 오목부에 배선을 매립했을 때에, 배선의 안정성이 좋은 결과가 된다.

또, 기판 (4-2) 에 대해서 막두께 500㎚ 의 Ni 막 (18) 을 형성한 바, 도 10 에 나타내듯이, 요철 (4b) 의 볼록부에는 오버행이나 퇴적부는 형성되지 않았다. 또, 요철 (4b) 의 오목부 측벽에는, 균일한 막두께의 Ni 막 (18) 이 형성되고 또한, 오목부의 저면에도 원하는 막두께의 Ni 막 (18) 이 형성되었다. 즉, 볼록부의 정점부와 오목부의 저면과의 막두께가 거의 동일하게 되었다. 이와 같이, 요철 (4b) 의 형상을 따라 Ni 막 (18) 이 균일하고 또한, 원하는 막두께로 형성되어 커버리지가 양호한 결과가 되었다.

이와 같이, 이온 건 (11) 을 작동시키는 것에 의해, 매립 특성 및 커버리지가 향상되는 것은, 다음의 이유 (작용) 에 의한 것이다.

이온 건 (11) 을 작동시키지 않는 경우에는, 상기와 같이, 오버행 (15a, 16a) 및 퇴적부 (16b) 에 의해 오목부의 개구가 닫히기 때문에, 스퍼터 입자가 오목부의 전면 (측벽 및 저면) 에 걸쳐서 도달하는 것이 곤란해진다. 이에 비해, 이온 건 (11) 을 작동시키면, 오버행 (15a, 16a) 및 퇴적부 (16b) 에 이온 건 (11) 으로부터의 이온 빔이 조사되어, 이들이 에칭 (튕겨 날려져 제거) 된다. 이 때, 이온 빔은 다른 부분 (볼록부의 정점부, 오목부의 측벽 등) 에도 조사되지만, 오버행 (15a, 16a) 및 퇴적부 (16b) 는 측방으로 돌출되어 있기 때문에, 이 부분이 더욱 선택적으로 조사된다. 즉, 오목부의 측벽, 저면에는 조사가 적고, 오버행 (15a, 16a) 및 퇴적부 (16b) 에는 조사가 많아진다. 이 결과, 오버행 (15a, 16a) 및 퇴적부 (16b) 가 더욱 에칭되고, 오목부의 측벽, 저면은 비교적 에칭되지 않고 잔류하게 된다.

그 후, 회전 드럼 (3) 의 회전에 수반하여 기판 (4) 이 다시 Ni 타겟 (5) 에 대향하면, 스퍼터 입자가 기판 (4) 의 표면으로 튀어든다. 이때, 오버행 (15a, 16a) 퇴적부 (16b) 는 에칭되어 있기 때문에, 오목부의 개구가 넓고, 스퍼터 입자가 오목부의 측벽 및 저면까지 도달할 수 있다. 이어서, 회전 드럼 (3) 의 회전에 수반하여 기판 (4) 이 다시 이온 건 (11) 에 대향하면, 앞의 스퍼터링으로 다시 형성된 오버행 (15a, 16a) 및 퇴적부 (16b) 가 에칭되게 된다.

이와 같이, 스퍼터링과 에칭을 교대로 연속적으로 실시하는 것에 의해, 오버행 (15a, 16a) 및 퇴적부 (16b) 가 선택적으로 에칭되면서, 오목부의 측벽 및 저면에도 Ni 막이 효과적으로 형성되어 간다. 이것에 의해, 요철을 갖는 기판 (4) 에 대해서, 상기와 같이 매립 특성 및 커버리지가 양호한 Ni 막이 형성되는 것이다.

그런데, 본 실시 형태에서는 이온 빔을 형성하는 가스로서 에칭 효과가 높은 Ar 을 사용하고 있지만, Ne, Kr, Xe 을 사용해도 된다. 또, 이온 빔의 빔 에너지 범위, 기판 (4) 의 유지 방법, 스퍼터링 수단과 이온 건 (11) 의 수 등은, 상기의 실시 형태 1 과 동일하게 선택할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 요철을 갖는 기판 (4) 에 대해서 매립 특성 및 커버리지가 향상되는 것을 설명하고 있고, 막의 표면거칠기에 대해서는 비교 결과를 나타내고 있지 않다. 그러나, 이온 빔에 의해 막의 거칠기를 형성하는 볼록부가 에칭되어 표면거칠기가 작아진다는 효과는 상기의 실시 형태 1 과 동일하고, ECR 반응실 (30) 에 의한 산화 반응을 실시하지 않아도, 표면거칠기를 작게 한다고 하는 효과는 얻을 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서도 막의 표면거칠기가 작아지는 것에 의해 투과율이 높아진다는 효과를 얻을 수 있는 경우가 있다.

<실시 형태 4>

본 실시 형태에서는, 실시 형태 1 에 관계되는 성막 장치 (1) 를 사용하여, 애스펙트비가 비교적 큰 요철 (4c) 을 표면에 갖는 기판 (4-3) 에 대해, 이온 건용 가스 도입구 (12) 로부터 도입하는 가스의 종류와 양을 바꾸어 성막을 실시했다.

도 11 은 Ar 가스 30sccm 를 도입하고, 도 12 는 Ar 가스 10sccm 와 O₂ 가스 20sccm 를 도입하고, 도 13 은 O₂ 가스 30sccm 를 도입하여 성막한 적층막의 단면도이다. 또, 도 14 내지 도 16 은, 도 11 내지 도 13 에 나타내는 기판 (4-3) 의 표면에, 직경 1㎛ 의 빔광을 수직으로 스캔하여 얻어진 투과율을 나타낸 것이고, 도 14 는 도 11 에, 도 15 는 도 12 에, 도 16 은 도 13 에 대응된다.

Ar 가스 30sccm 를 도입했을 경우, 도 14 에 나타내듯이, 기판 (4-3) 의 요철 (4c) 에 대응하여 거의 같은 주기로 투과율이 변화하고 있지만, 투과율 그 자체는 50% 내지 82% 정도였다. 이 때, 투과율이 스텝형상으로 변화하는 것은, 기판 (4-3) 의 두께와 그 위에 퇴적한 막의 빔광의 흡수량에 대응하고 있기 때문이다. Ar 가스 1Osccm 와 O₂ 가스 20sccm 를 도입했을 경우에는, 도 15 에 나타내듯이, 기판 (4-3) 의 요철 (4c) 에 대응하여 거의 같은 주기로 투과율이 변화하고 있고, 게다가 투과율이 65% 내지 95% 정도로 높았다. 이때, 투과율이 스텝형상으로 변화하는 것은, 기판 (4-3) 의 두께와 그 위에 퇴적한 막의 빔광의 흡수량에 대응하고 있기 때문이다. 즉, 기판 (4-3) 의 형상을 따르고 또한, 도 11 및 도 14 의 경우에 비해 투과율이 높은 막이 형성되었다. 또, O₂ 가스 30sccm 를 도입했을 경우, 도 16 에 나타내듯이, 기판 (4-3) 의 요철 (4c) 에 대해, 오목부가 극단적으로 좁고, 볼록부가 극단적으로 넓어져, 기판 (4-3) 의 형상을 따른 막이 형성되지 않았다.

이와 같이 Ar 가스 30sccm 를 도입했을 경우 (도 11, 14) 에는, 상기 실시 형태 3 에서 설명한 에칭 효과가 양호하고, 요철 (4c) 등의 단차를 갖는 기판에 대해서, 그 형상을 따른 성막을 실시할 수 있다. 그러나, 빔 플라즈마 (이온 빔) 속에 산소를 포함하지 않기 때문에, 금속막의 산화 반응을 촉진하는 작용이 없고, 이 때문에 막의 산화가 불충분하게 되고, 광의 흡수가 남아 버려 막의 투과율이 낮아져 버린다.

이에 반해 Ar 가스 10sccm 와 O₂ 가스 20sccm 를 도입했을 경우 (도 12, 15) 에는 에칭 효과가 양호하고, 요철 (4c) 등의 단차를 갖는 기판에 대해서, 그 형상을 따른 성막을 실시할 수 있다. 게다가, 빔 플라즈마 속에 산소를 포함하고 있기 때문에, 금속막의 산화 반응을 촉진하는 작용이 있고, 이 때문에 막의 산화가 충분하게 (완전) 실시되어, 광의 흡수가 줄고 투과율이 높은 막을 얻을 수 있다.

또, O₂ 가스 30sccm 를 도입했을 경우 (도 13, 16) 에는 빔 플라즈마 속의 산소에 의해 금속막의 산화 반응이 촉진되어 투과율이 높은 막을 얻을 수 있다. 그러나, O₂ 만으로는 에칭 효과가 불충분하기 때문에, 도 13 에 나타내듯이, 요철 (4c) 의 오목부의 견부에 오버행이 형성되어 버린다. 이 결과, 오목부에 빔광이 들어와도, 이 오버행으로 광의 산란이나 반사가 발생하고, 기판 (4-3) 의 형상을 따른 투과율 패턴이 형성되지 않는 것이다.

이상과 같은 점에서, 이온 건 (11) 에 제공하는 Ar 등의 희가스 (rare gas) 의 양과 O₂ 등의 반응성 가스의 양을 적정 범위 내로 설정함으로써, 에칭 효과와 반응 촉진 효과를 양립시킬 수 있다고 할 수 있다.

본발명은, 광통신의 분야 등에서 사용되는 편광 분리 소자의 기판에 대한 성막으로서 활용할 수 있다.

Claims

진공 배기 가능한 진공실 내에,

기판을 유지하는 유지 부재;

기판상에 박막을 형성하는 성막 수단;

상기 박막을 플라즈마에 의해 반응 가스와 반응시키는 반응 수단; 및

상기 기판에 이온 빔을 조사하는 이온 건을 구비하고,

상기 이온 빔의 조사에 의한 상기 박막과 상기 반응 가스와의 반응의 촉진 및 상기 박막의 일부 에칭 중 어느 하나를 하거나, 또는 양자 모두를 하여 적층한 박막을 형성하는, 성막 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유지 부재는 자전하는 통 형상의 회전 드럼이고, 상기 회전 드럼의 둘레면에 상기 기판을 유지하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유지 부재는 자전하는 판 형상의 회전반이고, 상기 회전반의 판면에 상기 기판을 유지하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성막 수단을 복수 형성하고 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성막 수단과 상기 반응 수단에 의해 산화막 및 질화막 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두를 형성하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성막 수단은 스퍼터링 수단인 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이온 건에 인가되는 가속 전압을 500V 내지 3000V 로 한 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이온 빔을 형성하는 가스는 산소 이온을 공급하는 산화 가스 및 질소 이온을 공급하는 질화 가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이온 빔을 상기 기판에 거의 수직으로 조사하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

요철을 가진 상기 기판에 대해, 오목부 내에 박막이 부착되는 것을 저해하도록 형성된 상기 박막에, 상기 이온 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
진공 배기 가능한 진공실 내에서 유지 부재에 유지된 기판에 박막을 형성하는 성막 공정;

형성된 박막을 플라즈마에 의해 반응 가스와 반응시키는 반응 공정; 및

상기 기판에 이온 건에 의해 이온 빔을 조사하는 조사 공정을 구비하고,

상기 조사 공정이, 상기 박막과 상기 반응 가스와의 반응의 촉진 및 상기 박막의 일부 에칭 중 어느 하나를 하거나, 또는 양자 모두를 하여 적층한 박막을 형성하는, 성막 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 유지 부재는 자전하는 통 형상의 회전 드럼이고, 상기 회전 드럼의 주위면에 상기 기판을 유지하고 있고, 이 회전 드럼을 회전시키면서 상기 성막 공정, 반응 공정 및 조사 공정에 의해 박막을 적층하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 유지 부재는 자전하는 판 형상의 회전반이고, 상기 회전반의 판면에 상 기 기판을 유지하고 있고, 상기 회전반을 회전시키면서 상기 성막 공정, 반응 공정 및 조사 공정에 의해 박막을 적층하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 박막을 형성하는 성막 공정은 복수의 성막 수단에 의해 복수의 박막을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성막 공정과 상기 반응 공정에 의해 산화막 및 질화막 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두를 형성하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성막 공정은 스퍼터링에 의해 박막을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이온 건에 인가되는 가속 전압을 500V 내지 3000V 로 한 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이온 빔을 형성하는 가스는 산소 이온을 공급하는 산화 가스 및 질소 이온을 공급하는 질화 가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이온 빔을 상기 기판에 거의 수직으로 조사하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제 11 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

요철을 갖는 상기 기판에 대해, 오목부 내에 박막이 부착되는 것을 저해하도록 형성된 상기 박막에, 상기 이온 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.