WO2005098081A1

WO2005098081A1 - 成膜装置および成膜方法

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Publication number: WO2005098081A1
Application number: PCT/JP2005/005942
Authority: WO
Inventors: Noriaki Tani; Taizo Morinaka; Toshihiro Suzuki; Masahiro Matsumoto
Original assignee: Ulvac, Inc.
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2005-10-20
Also published as: CN1957106A; CN1957106B; JP4922756B2; TW200602506A; KR20060135932A; JPWO2005098081A1; JP5414772B2; US20080026548A1; JP2012067394A; TWI414617B

Abstract

　薄膜を積層する光学膜において、設計値に近い光学特性を有する光学膜を形成することを目的とする。　真空室内２に、基板４を保持する回転ドラム３と、基板４の被成膜面に金属膜を形成するためのＳｉターゲット２２，Ｔａターゲット２３と、金属膜をプラズマによって反応ガスと反応させるＥＣＲ反応室３０とを備えている。この成膜装置５１に、被成膜面にイオンビームを照射して被成膜面に形成された膜の反応を促進させるイオンガン１１を設け、金属膜の形成、ガス反応および、イオンビームによる反応促進を繰り返して行う。

Description

明細書

成膜装置および成膜方法

技術分野

[0001] 本発明は、基板の被成膜面 (表面）に金属膜や誘電体膜などを形成する成膜装置および成膜方法に関し、特に、平滑性が高い膜を形成する成膜装置および成膜方法に関する。また、溝などの凹凸を表面に有する基板に対して、均一かつ平滑な成膜が可能な成膜装置および成膜方法に関する。

背景技術

[0002] スパッタリング法などにより光学膜を形成する方法が広く採られているが、所望の光学特性を得るために、複数の薄膜を積層させる場合がある。特に近年、精度の高い光学特性が要求されるようになり、これに伴って積層枚数が増え、光学膜全体の膜厚も厚くなる傾向にある。そして、このような傾向に伴い、光の吸収が低く（透過率が高く )光学特性に優れ、表面が平滑な膜の形成が必要となって、る。

また、半導体分野においては、基板の実装密度を上げるために、基板上に形成されるコンタクトホールや配線用溝のアスペクト比 (深さ Zホール径又は溝幅）力益々大きくなる傾向にある。そして、例えば、銅を使用した半導体配線では、このようなホールゃ溝の内側 (側壁や底面）に対し、ノリア層や電解メツキ用のシード層を形成しなければならない。

[0003] このように表面に凹凸を有する基板に成膜する方法としては、例えば、スパッタリングによる方法が知られている（例えば、特許文献 1、 2参照。；)。

一方、段差を有する基板上に、優れた光学膜を積層する光学素子が注目されている。このような素子においては、段差の形状に倣った被覆性に優れ、かつ、光の吸収や乱反射が極めて少ない、すなわち、光透過率が高ぐ表面平滑性に優れた光学膜が必要不可欠となって、る。

特許文献 1：特開平 8— 264487号公報 (第 5— 10頁、図 2— 3)

特許文献 2 :特許 2602276号公報 (第 4— 6頁、第 1図及び第 13図）

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0004] ところで、光学膜など薄膜を複数積層する場合、各薄膜の表面が平滑 (平坦)でないために、また光がわずかながら吸収されてしまうために、積層した膜において、設計どおりの光学特性が得られない場合がある。そこで本発明は、薄膜を積層する光学膜において、各薄膜にイオンビームを照射しながら連続的に成膜することで、設計値に近!ヽ光学特性を有する光学膜を形成することを目的とする。

また、表面に凹凸を有する基板にスパッタリングすると、凹部の肩部（開口縁部）にオーバーハング（開口部を塞ぐように形成される膜)が形成され、このオーバーハングによってスパッタ粒子が凹部の側壁および底面に到達しづらくなる。このため、凹部の底面に所望の膜厚の膜が均一に形成されず、この凹部に配線または光学薄膜を埋め込んだ際に、埋込特性が悪い結果となる。また、凹凸を有する基板表面への力ノルッジ（凹凸に沿った均一な成膜)が良好に行われないことになる。さらに、基板に形成される膜の表面粗さが大きい場合には、光の透過率が低下し、光学的な損失が大きくなる。

[0005] そこで本発明は、誘電体膜を成膜する際に、基板の被成膜面にイオンビームを照射して、被成膜面に形成された膜の反応性を促進させることで、光透過率が高ぐかつ、表面平滑性の高い成膜装置を提供することを目的とする。

また、表面に凹凸を有する基板に対して、イオンガンで照射するガスの種類とィォンビームの加速電圧とを適正化することによって、埋込特性およびカバレッジが良好な膜を形成でき、かつ、膜の表面粗さを小さくすることができる成膜装置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

[0006] 上記目的を達成するために、本発明の成膜装置のうち請求項 1記載の発明は、真空排気可能な真空室内に、基板を保持する保持部材と、基板上に薄膜を形成する成膜手段と、薄膜をプラズマによって反応ガスと反応させる反応手段と、基板にィォンビームを照射するイオンガンとを備え、イオンビームの照射により、薄膜と反応ガスとの反応の促進及び薄膜の一部エッチングの、ずれか、或いは両方をして積層した薄膜を形成する構成を有して!/ヽる。また請求項 2記載の発明は、上記構成に加え、保持部材が、自転する筒状の回転ドラムであり、回転ドラムの周面に基板を保持することを特徴とするものである。

さらに請求項 3記載の発明は、保持部材が、自転する板状の回転盤であり、回転盤の板面に基板を保持することを特徴とするものである。

請求項 4記載の発明は、成膜手段を複数設けていることを特徴とするものである。請求項 5記載の発明は、成膜手段と反応手段とにより酸ィ匕膜及び窒化膜のいずれ力或いは両方を形成することを特徴とするものである。

請求項 6記載の発明は、成膜手段が、スパッタリング手段であることを特徴とするものである。

[0007] 請求項 7記載の発明は、イオンガンに印加する加速電圧を 500Vから 3000Vとしたことを特徴とするものである。

請求項 8記載の発明は、イオンビームを形成するガスが、酸素イオンを供給する酸化ガス及び窒素イオンを供給する窒化ガスのいずれかであることを特徴とするものである。

請求項 9記載の発明は、イオンビームを基板にほぼ垂直に照射することを特徴とするものである。

請求項 10記載の発明は、凹凸を有する基板に対し、凹部内に薄膜が付着するのを阻害するように形成された薄膜に、イオンビームを照射することを特徴とするものである。

このような構成の成膜装置では、例えば金属膜の形成、ガス反応及びイオンビームによる反応促進とエッチングとを繰り返して行うことで、膜の粗さを形成する凸部がェツチングされて表面粗さが小さくなるとともに、イオンビームによってガス反応が促進され、良好な膜が形成される。

[0008] 本発明の成膜方法のうち請求項 11記載の発明は、真空排気可能な真空室内で保持部材に保持された基板に薄膜を形成する成膜工程と、形成された薄膜をプラズマによって反応ガスと反応させる反応工程と、基板にイオンガンによりイオンビームを照射する照射工程とを備え、照射工程が、薄膜と反応ガスとの反応の促進及び薄膜の一部エッチングの、ずれか、或、は両方をして積層した薄膜を形成する構成を有している。

また請求項 12記載の発明は、上記構成に加え、保持部材が、自転する筒状の回転ドラムであり、回転ドラムの周面に基板を保持しており、回転ドラムを回転させながら成膜工程、反応工程及び照射工程により薄膜を積層することを特徴とする構成を有している。

[0009] さらに請求項 13記載の発明は、保持部材が、自転する板状の回転盤であり、回転盤の板面に基板を保持しており、回転盤を回転させながら成膜工程、反応工程及び照射工程により薄膜を積層することを特徴とする構成を有している。

請求項 14記載の発明は、薄膜を形成する成膜工程が複数の成膜手段により複数の薄膜を形成する工程であることを特徴とするものである。

請求項 15記載の発明は、成膜工程と反応工程とにより酸ィ匕膜及び窒化膜のいずれ力、或いは両方を形成することを特徴とするものである。

請求項 16記載の発明は、成膜工程が、スパッタリングにより薄膜を形成する工程であることを特徴とするものである。

請求項 17記載の発明は、イオンガンに印加する加速電圧を 500Vから 3000Vとしたことを特徴とするものである。

請求項 18記載の発明は、イオンビームを形成するガスが、酸素イオンを供給する酸ィ匕ガス及び窒素イオンを供給する窒化ガスのいずれかであることを特徴とするものである。

請求項 19記載の発明は、イオンビームを基板にほぼ垂直に照射することを特徴とするものである。

[0010] 請求項 20記載の発明は、凹凸を有する基板に対し、凹部内に薄膜が付着するのを阻害するように形成された薄膜に、イオンビームを照射することを特徴とするものである。

このような構成の成膜方法では、イオンビームの照射によって膜の一部をエツチングするため、例えば、凹部の肩部に形成されたオーバーハングがエッチング（除去）され、凹部の開口が広くなる。このため、凹部の側壁および底面にまでスパッタ粒子が到達し易くなり、側壁および底面への成膜が良好に行われる。この結果、基板表面へのカバレッジが良好になるとともに、凹部の底面に所望の膜厚の膜が均一に形成され、埋込特性が良好となる。また、膜の粗さを形成する凸部がエッチングされるため、表面粗さが小さくなる。

発明の効果

[0011] 本発明による成膜装置及び成膜方法によれば、例えば金属膜の形成、ガス反応及びイオンビームによる反応促進とエッチングとを繰り返して行うことで、膜の表面粗さを小さくし、かつ、良好な膜を形成することができる。

さらに、表面に凹凸を有する基板に対して、埋込特性およびカバレッジが良好な膜を形成でき、かつ、膜の表面粗さを小さくすることができる。し力も、イオンガンを設けるだけなので、装置の構造が簡単である。

また、成膜とエッチングとを繰り返して行うことで、連続的に埋込特性およびカバレツジが良好な膜を形成することができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]実施形態 1に係る成膜装置を示す概念平面図。

[図 2]実施形態 1に係る成膜装置におけるイオンガンの構成を示す概略断面図。

[図 3]実施形態 1における膜の表面粗さを示す図。

[図 4]実施形態 1における膜の透過率を示す図。

[図 5]実施形態 2において、膜の一層あたりの光の吸収率と 23積層後の表面粗さとを示す図。

[図 6]実施形態 3に係る成膜装置を示す概念平面図。

[図 7]実施形態 3において、イオンガンを作動させない場合の第 1の基板への成膜状態を示す断面図。

[図 8]実施形態 3において、イオンガンを作動させない場合の第 2の基板への成膜状態を示す断面図。

[図 9]実施形態 3において、イオンガンを作動させた場合の第 1の基板への成膜状態を示す断面図。

[図 10]実施形態 3において、イオンガンを作動させた場合の第 2の基板への成膜状態を示す断面図。 [図 11]実施形態 4において、イオンガンに Arガス 30sccmを供した場合の第 3の基板への成膜状態を示す断面図。

[図 12]実施形態 4において、イオンガンに Arガス lOsccmと Oガス 20sccmとを供し

2

た場合の第 3の基板への成膜状態を示す断面図。

[図 13]実施形態 4において、イオンガンに Oガス 30sccmを供した場合の第 3の基板

2

への成膜状態を示す断面図。

[図 14]実施形態 4におヽて、図 11に示す成膜状態での透過率を示す図。

[図 15]実施形態 4において、図 12に示す成膜状態での透過率を示す図。

[図 16]実施形態 4において、図 13に示す成膜状態での透過率を示す図。

符号の説明

[0013] 1、 51 成膜装置

2 真空室

3 回転ドラム (保持部材）

4 基板

5 Niターゲット

11 イオンガン

12 イオンガン用ガス導入口

22 Siターゲット

23 Taターゲット

24, 25 スパッタカソード

28, 29 スパッタガス導入口

30 ECR反応室 (反応手段）

31 反応ガス導入口

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下、本発明の実施形態について説明する。

〈実施形態 1〉

図 1は、本実施形態に係わる成膜装置 1を示す概念平面図である。

この成膜装置 1はカルーセル式のスパッタ成膜装置であり、真空室 2の中央部に、筒状の回転ドラム 3が中心を軸にして回転可能に設置されている。この回転ドラム 3の外周面には、基板 4の表面 (被成膜面）が開放側を向くように基板 4が保持されている真空室 2の二辺には、それぞれ Siターゲット 22および Taターゲット 23が配置され、各ターゲット 22, 23はそれぞれスパッタカソード 24、 25と一体的に構成され、各カソード 24、 25は図外の外部交流電源に接続されている。また、 Siターゲット 22および T aターゲット 23の近傍には、回転ドラム 3と対向する空間を隔離するように、それぞれ防着板 26、 27が設けられている。また、 Siターゲット 22、 22および Taターゲット 23, 23の間には、それぞれスパッタガス導入口 28、 29が設けられている。

[0015] Taターゲット 23と対向する真空室 2の一辺には、ターゲット 22、 23によって形成された金属膜をプラズマによって反応ガス (本実施形態では O )と反応させる ECR反

2

応室 30 (反応手段）が設けられている。また、この ECR反応室 30の近傍には、反応ガス導入口 31が設けられ、この反応ガス導入口 31に連なる導入管 32には、コンダクタンスバルブ 33が取り付けられて!/、る。

Siターゲット 22と対向する真空室 2の一辺には、イオンビームを照射するイオンガン 11が設けられている。このイオンガン 11は、回転ドラム 3に伴って回転する基板 4に対向するように配置されており、イオンガン 11からのイオンビームが基板 4の表面にほぼ垂直に照射されるようになっている。真空室 2のイオンガン 11近傍には、イオンガン用ガス導入口 12が設けられ、このイオンガン用ガス導入口 12に連なる導入管 1 3には、コンダクタンスバルブ 14が設けられている。

[0016] ところで、本実施形態におけるイオンガン 11は、図 2に示すような構成となっている。すなわち、永久磁石 11aを組み込んだ鉄ヨーク l ibの開口両端部に N— S極の漏洩磁場が生じ、その近傍に配置されたドーナツ形状のアノード電極 11cに、加速電圧用電源 l idによってプラスの電圧が印加されると、漏洩磁場域でプラズマが発生する。そして、プラスのアノード電極 11cに反発して 0+イオンや Ar+イオンが加速され、基板 4に向力つて照射されるものである。なお、本実施形態では、このように開口が線状ループのリニアイオンガン 11を用いて、るが、平板に多数の穴が開、たグリツド型引出電極を有するイオンガンを用いてもょ、。 [0017] 次に、このような構成の成膜装置 1によって、基板 4の表面に成膜処理を行った結果を説明する。

まず、真空室 2内を 10^_3Paまで真空排気し、スパッタガス導入口 28, 29より Arガスをそれぞれ 30sccm導入し、反応ガス導入口 31より Oガスを lOOsccm導入し、かつ

2

、イオンガン用ガス導入口 12より Oガスを 30sccm導入する。これにより、ターゲット 2

2

2、 23の近傍の圧力は 0. 3Paとなり、酸化室（その他の空間部）の圧力は 0. 2Paとなる。

次に、回転ドラム 3を 200rpmで回転させ、 ECR反応室 30のマイクロ波電源に lkW を印加し、酸化プラズマを発生させる。また、イオンガン 11に 110W (1, 400V-0. 08A)を印カロし、イオンビームを発生させる。続いて、スパッタカソード 24に AC5kW を印加し、所定膜厚の SiO膜が形成されるまで、スパッタリングを行う。同様に、スパ

2

ッタカソード 25に AC5kWを印加し、所定膜厚の Ta O膜が形成されるまで、スパッ

2 5

タリングを行う。

[0018] このようにして、スパッタリングによる SiO膜と Ta O膜との成膜、 ECR反応室 30に

2 2 5

よる酸化反応および、イオンガン 11による酸ィ匕反応の促進と膜表面のエッチングを繰り返して行い、基板 4の表面に予め光学設計した光学多層膜 (30積層）を形成した。この結果を図 3, 4に示す。なお、比較のために、イオンガン 11を作動させない場合の結果についても、図 3, 4に示している。

図 3は、イオンガン 11を作動させた場合と作動させない場合とにおける、膜の表面粗さ（中心線平均粗さ Ra)を示したものである。なお、この図 3には、上記の SiO /Ύ

2 a O膜にカ卩えて、 SiO /TiO膜および SiO ZNb O膜 (それぞれ 30積層）につい

2 5 2 2 2 2 5

ても示している。この図 3から明らかなように、イオンガン 11を作動させた場合の方が、イオンガン 11を作動させない場合に比べて、表面粗さが小さいことがわかる。

[0019] 図 4は、分光光度計により測定した光学多層膜の光学特性、すなわち、波長 400〜 500nmの光に対する透過率を示したものである。この図 4から明らかなように、イオンガン 11を作動させた場合の方力イオンガン 11を作動させない場合に比べて透過率が高ぐかつ、設計値により近い値 (透過率）が得られることがわかる。すなわち、ィオンビームを照射することによって、透過率が高ぐ光学的な損失力、さい膜が形成された。

このように、イオンガン 11を作動させることによって、膜の表面粗さが小さぐまた、透過率が高いのは、イオンビームを照射することで、膜の粗さを形成する凸部がエツチングされて表面粗さが小さくなり、表面粗さが小さくなることで、光の表面散乱が小さくなり、透過率が高くなるためである。

[0020] ところで、イオンガン 11からのイオンビームの外周には、プラズマが発光しており、このプラズマが ECR反応室 30によるプラズマとともに、金属膜の酸ィ匕反応に寄与している。

本実施形態では、成膜、イオンガン 11による反応促進とエッチング、 ECR反応室 3 0による酸ィ匕反応を順次繰り返して行っているが、成膜、 ECR反応室 30による酸ィ匕反応、イオンガン 11による反応促進とエッチングという順に、繰り返して行ってもよいところで、イオンガン 11によるイオンビームのビームエネルギーは、 500eV以上 3, OOOeV以下の範囲を主とするエネルギー分布を有して!/、ることが望まし!/、。これは、 500eV未満のエネルギーが主であるとエッチング効果が得られず、 3, OOOeVよりも大き、エネルギーが主であるとエッチングし過ぎてしま、、成膜速度が低下するからである。

[0021] また、本実施形態では、イオンビームを形成するガスとして、酸化反応促進性に富んだ Oを用いているが、 O , N O, CO , H Oなどの酸素イオンを供給する酸化ガ

2 3 2 2 2

スを含む反応性ガスを用いてもよい。また、窒化膜を形成する場合には、 N , NHな

2 3 どの窒素イオンを供給する窒化ガスを含む反応性ガスを用いてもょ、。

さらに、本実施形態では、基板 4を回転ドラム 3の外周面に保持するカルーセル式としているが、回転盤に基板 4を保持してもよい。例えば、中心を軸にして回転する平板状の回転円盤を保持部材とし、この回転円盤の板面に、基板 4の表面が開放側を向くように基板 4を保持してもよい。

また、本実施形態では、 2つのスパッタカソード 24、 25 (スパッタリング手段）と、 1つのイオンガン 11および ECR反応室 30とを設けているが、必要とする膜厚、成膜速度、基板の数や大きさなどに応じて、それぞれ設ける数を変えてもよい。 [0022] 〈実施形態 2〉

本実施形態では、実施形態 1に係わる成膜装置 1において、イオンガン 11に印加する加速電圧を変えて成膜を行った。すなわち、イオンガン 11に OV (作動させない）、 700V、 1, 400Vおよび 2, 800Vのカロ速電圧を印カロし、成膜、 ECR反応室 30による酸化反応および、イオンガン 11による反応促進とエッチングとを繰り返して行い、光学多層膜 (23積層）を形成した。

それぞれの加速電圧によって形成された膜の一層あたりの光の吸収率と、 23積層後の表面粗さとを図 5に示す。なお、光の吸収率は、波長 400nmで測定した。また、イオンガン 11に印加する加速電圧に対して、実際に得られるエネルギーは、その加速電圧を中心になだらかなエネルギー分布 (正規分布のような分布）を有して!/、るが、最もエネルギー量が多い部分は、加速電圧にほぼ等し力つた。

[0023] 図 5に示すように、イオンガン 11が動作していない OVにおいては、光の吸収率が 0 . 3%であるのに対し、カロ速電圧力 S700V、 1, 400Vおよび 2, 800Vでは、吸収率力 S 0. 3%よりも低ぐイオンビームによって膜の酸ィ匕反応性が向上している (反応が促進されている）ことがゎカゝる。しカゝしながら、加速電圧が 1, 400V以上〖こなると、吸収率が増加する傾向となる。これは、入射エネルギーがある程度低い領域では、 O—ィォンが加速電圧によって膜にエネルギーを持って入射するため、膜表面での反応性が向上しているのに対し、加速電圧 (入射エネルギー）が高くなると、酸素の結合エネルギ一よりも高速で加速された 0—イオンが既に形成された誘電体膜の最表面から酸素を奪うためである、と考えられる。

[0024] 一方、表面粗さは、加速電圧を増加させるに従って小さくなることがわかる。これは、イオンビームエネルギーの増加に伴って、基板表面上の原子を揺り動力してスパッタ粒子のマイグレーション (移動性）が向上したため、また、膜表面の凸部がエツチングされたため、と考えられる。

以上のことから、光透過率が高ぐかつ、表面が平滑な膜を形成するには、イオンガン 11に印加する加速電圧を 500Vから 3, OOOV程度とすることが望ましい、と言える

[0025] 〈実施形態 3〉図 6は、本実施形態に係わる成膜装置 51を示す概念平面図である。実施形態 1〖こ係わる成膜装置 1と同じ構成要素については、同一符号を付している。

真空室 2の一辺には、 Niターゲット 5が、回転ドラム 3に伴って回転する基板 4に対向するように配置されている。この Niターゲット 5は、幅 135mm、長さ 400mm、板厚 3mmの板材で、磁気回路 6を介してスパッタカソード 7と一体的に構成されている。また、真空室 2の Niターゲット 5近傍には、スパッタガス導入口 8が設けられ、このスパッタガス導入口 8に連なる導入管 9には、コンダクタンスバルブ 10が設けられている。また、回転ドラム 3を中心として Niターゲット 5を 90度回転させた位置に、イオンビームを照射するイオンガン 11が設けられている。このイオンガン 11は、回転ドラム 3に伴つて回転する基板 4に対向するように配置されており、イオンガン 11からのイオンビームが基板 4の表面にほぼ垂直に照射されるようになっている。真空室 2のイオンガン 1 1近傍には、イオンガン用ガス導入口 12が設けられ、このイオンガン用ガス導入口 12 に連なる導入管 13には、コンダクタンスバルブ 14が設けられている。

[0026] 次に、このような構成の成膜装置 51によって、凹凸を有する基板 4の表面に成膜処理を行った結果を説明する。

まず、真空室 2内を 10^_3Paまで真空排気し、スパッタガス導入口 8より Arガスを 10 Osccm導入し、真空室 2内の圧力を 0. 3Paとする。また、イオンガン用ガス導入口 12 より Arガスを 25sccm導入し、回転ドラム 3を 20rpmで回転させる。この状態で、スパッタカソード 7に 5kWの電力を印加し、スパッタリングする。

なお、基板 4は、図 7、 9に示すように、アスペクト比は比較的小さいが微細な凹凸 4 aを表面に有する基板 4 1と、図 8、 10に示すように、アスペクト比が比較的大きい凹凸 4bを表面に有する基板 4— 2とを対象とした。

最初に、イオンガン 11を作動させずに（電力を印加せずに）、成膜処理した結果を図 7、 8に示す。

[0027] 基板 4—1に対して膜厚 200nmの Ni膜 15を形成したところ、図 7に示すように、凹凸 4aの凸部には Ni膜 15が多く堆積し、その両端（凹部の肩部）にはオーバーハング 15aが形成された。また、凹凸 4aの凹部底面の中央部には、 Ni膜 15の盛り上がり 15 bが形成され、凹部における膜厚が均一ではな力つた。これは、オーバーハング 15a によって、凹部の開口が閉ざされたために、凹部の中央部にスパッタ粒子 (Ni)が多く付着したためである。このように、凹部における膜厚が均一でないため、この凹部に配線を埋め込んだ際に、配線の安定性が悪い結果となる。

[0028] また、基板 4— 2に対して膜厚 500nmの Ni膜 16を形成したところ、図 8に示すように、凹凸 4bの凸部には Ni膜 16が多く堆積し、その頂部には球状のオーバーハング 16aが形成され、さらに、その直下にはこぶ状の堆積部 16bが形成された。また、凹凸 4bの凹部内に形成された Ni膜 16の膜厚は比較的薄ぐ特に、底面の膜厚が薄かつた。これは、オーバーハング 16aおよび堆積部 16bによって、凹部の開口が閉ざされたとともに、凹部に突入したスパッタ粒子の多くが凹部の側壁に付着し、底面に到達しなかったためである。このように、凹凸 4bの凸部にオーバーハング 16a、堆積部 16bが形成され、かつ、凹部の膜厚が薄くなり、カバレッジが良好ではない結果となつた o

[0029] 次に、イオンガン 11に 550W(2, 800V— 0. 2A)の電力を印加し、イオンガン 11 力も基板 4にイオンビームを照射しながら成膜処理を行った。すなわち、回転ドラム 3 の回転に伴って、スパッタリングとイオンビーム照射とを交互に連続的に行った。その果を図 9、 10に示す。

基板 4—1に対して膜厚 200nmの Ni膜 17を形成したところ、図 9に示すように、凹凸 4aの凸部にはオーバーハングは形成されず、かつ、凹部には均一な膜厚の Ni膜 17が形成された。このため、この凹部に配線を埋め込んだ際に、配線の安定性が良い結果となる。

[0030] また、基板 4— 2に対して膜厚 500nmの Ni膜 18を形成したところ、図 10に示すように、凹凸 4bの凸部にはオーバーハングや堆積部は形成されな力つた。また、凹凸 4b の凹部側壁には、均一な膜厚の Ni膜 18が形成され、かつ、凹部の底面にも所望の膜厚の Ni膜 18が形成された。すなわち、凸部の頂部と凹部の底面との膜厚がほぼ同一になった。このように、凹凸 4bの形状に沿って Ni膜 18が均一かつ所望の膜厚で形成され、カバレッジが良好な結果となった。

このように、イオンガン 11を作動させることによって、埋込特性およびカバレッジが向上するのは、次の理由（作用）による。 [0031] イオンガン 11を作動させない場合では、上記のように、オーバーハング 15a、 16a および堆積部 16bによって、凹部の開口が閉ざされるために、スパッタ粒子が凹部の全面 (側壁および底面）にわたつて到達することが困難となる。これに対し、イオンガン 11を作動させると、オーバーハング 15a、 16aおよび堆積部 16bに、イオンガン 11 力のイオンビームが照射されて、これらがエッチング（はじき飛ばされて除去）される。この際、イオンビームは他の部分（凸部の頂部、凹部の側壁など）にも照射されるが、オーバーハング 15a、 16aおよび堆積部 16bは、側方に突出しているため、これらの部分がより選択的に照射される。すなわち、凹部の側壁、底面には照射が少なぐオーバーハング 15a、 16aおよび堆積部 16bには照射が多くなる。この結果、オーバ一ハング 15a、 16aおよび堆積部 16bがよりエッチングされ、凹部の側壁、底面は比較的エッチングされずに残留することになる。

[0032] その後、回転ドラム 3の回転に伴って基板 4が再び Niターゲット 5に対向すると、スパッタ粒子が基板 4の表面に飛び込んでくる。この際、オーバーハング 15a、 16aおよび堆積部 16bはエッチングされているため、凹部の開口が広ぐスパッタ粒子が凹部の側壁および底面まで到達することができる。続いて、回転ドラム 3の回転に伴って基板 4が再びイオンガン 11に対向すると、先のスパッタリングで再び形成されたォーバーハング 15a、 16aおよび堆積部 16bがエッチングされることになる。

このようにして、スパッタリングとエッチングとを交互に連続的に行うことによって、ォ一バーハング 15a、 16aおよび堆積部 16bが選択的にエッチングされながら、凹部の側壁および底面にも Ni膜が効果的に形成されていく。これによつて、凹凸を有する基板 4に対して、上記のように、埋込特性およびカバレッジが良好な Ni膜が形成されるものである。

[0033] ところで、本実施形態では、イオンビームを形成するガスとしてエッチング効果が高い Arを用いている力 Ne, Kr, Xeを用いても良い。また、イオンビームのビームエネルギ一範囲、基板 4の保持方法、スパッタリング手段とイオンガン 11の数などは、上記の実施形態 1と同様に選択することができる。

本実施形態では、凹凸を有する基板 4に対して埋込特性およびカバレッジが向上することを説明しており、膜の表面粗さについては比較結果を示していない。しかし、イオンビームによって膜の粗さを形成する凸部がエッチングされて表面粗さが小さくなる、という効果は上記の実施形態 1と同様であり、 ECR反応室 30による酸化反応を行っていなくても、表面粗さを小さくするという効果は得られる。従って、本実施形態においても、膜の表面粗さが小さくなることによって透過率が高くなる、という効果が得られる場合がある。

[0034] 〈実施形態 4〉

本実施形態では、実施形態 1に係わる成膜装置 1を用いて、アスペクト比が比較的大きい凹凸 4cを表面に有する基板 4— 3に対し、イオンガン用ガス導入口 12より導入するガスの種類と量とを変えて成膜を行った。

図 11は Arガス 30sccmを導入し、図 12は Arガス lOsccmと Oガス 20sccmとを導

2

入し、図 13は Oガス 30sccmを導入して成膜した積層膜の断面図である。また、図 1

2

4〜図 16は、図 11〜図 13に示す基板 4 3の表面に、直径 1 mのビーム光を垂直にスキャンして得られた透過率を示したものであり、図 14は図 11に、図 15は図 12に、図 16は図 13に対応している。

[0035] Arガス 30sccmを導入した場合、図 14に示すように、基板 4— 3の凹凸 4cに対応してほぼ同じ周期で透過率が変化している力透過率そのものは 50%力も 82%程度であった。このとき、透過率がステップ状に変化するのは、基板 4— 3の厚さとその上に堆積した膜のビーム光の吸収量に対応しているためである。 Arガス lOsccmと O

2 ガス 20sccmとを導入した場合には、図 15に示すように、基板 4— 3の凹凸 4cに対応してほぼ同じ周期で透過率が変化しており、しかも、透過率が 65%から 95%程度と高かった。このとき、透過率がステップ状に変化するのは、基板 4 3の厚さとその上に堆積した膜のビーム光の吸収量に対応しているためである。すなわち、基板 4— 3 の形状に倣い、かつ、図 11および図 14の場合に比べて透過率が高い膜が形成された。また、 Oガス 30sccmを導入した場合、図 16に示すように、基板 4— 3の凹凸 4c

2

に対し、凹部が極端に狭ぐ凸部が極端に広くなり、基板 4 3の形状に倣った膜が形成されなかった。

[0036] このように、 Arガス 30sccmを導入した場合（図 11, 14)には、上記実施形態 3にて説明したエッチング効果が良好で、凹凸 4cなどの段差を有する基板に対して、その形状に倣った成膜が行える。しかし、ビームプラズマ (イオンビーム）中に酸素を含まないため、金属膜の酸化反応を促進する作用がなぐこのため、膜の酸化が不十分となり光の吸収が残ってしま、、膜の透過率が低くなつてしまう。

これに対し、 Arガス lOsccmと Oガス 20sccmとを導入した場合（図 12, 15)には、

2

エッチング効果が良好で、凹凸 4cなどの段差を有する基板に対して、その形状に倣つた成膜が行える。し力も、ビームプラズマ中に酸素を含んでいるため、金属膜の酸化反応を促進する作用があり、このため、膜の酸化が十分 (完全）に行われて光の吸収が減り、透過率が高い膜が得られる。

[0037] また、 Oガス 30sccmを導入した場合（図 13, 16)には、ビームプラズマ中の酸素

2

により金属膜の酸化反応が促進され、透過率が高い膜が得られる。しかし、 oのみ

2 ではエッチング効果が不十分であるため、図 13に示すように、凹凸 4cの凹部の肩部にオーバーハングが形成されてしまう。この結果、凹部にビーム光が差しかかっても、このオーバーハングで光の散乱や反射が生じ、基板 4— 3の形状に倣った透過率パターンが形成されな!ヽものである。

以上のことから、イオンガン 11に供する Arなどの希ガスの量と、 Oなどの反応性ガ

2

スの量とを適正範囲内に設定することにより、エッチング効果と反応促進効果とを両立させることができると言免る。

産業上の利用可能性

[0038] 本発明は、光通信の分野などで使用される偏光分離素子の基板に対する成膜として活用できる。

Claims

請求の範囲

[I] 真空排気可能な真空室内に、基板を保持する保持部材と、基板上に薄膜を形成する成膜手段と、上記薄膜をプラズマによって反応ガスと反応させる反応手段と、上記基板にィ才ンビームを照射するィ才ンガンとを備え、

上記イオンビームの照射により、上記薄膜と上記反応ガスとの反応の促進及び上記薄膜の一部エッチングの、ずれか、或いは両方をして積層した薄膜を形成する成膜装置。

[2] 前記保持部材が、自転する筒状の回転ドラムであり、この回転ドラムの周面に前記基板を保持することを特徴とする請求項 1に記載の成膜装置。

[3] 前記保持部材が、自転する板状の回転盤であり、この回転盤の板面に前記基板を保持することを特徴とする請求項 1に記載の成膜装置。

[4] 前記成膜手段を複数設けていることを特徴とする請求項 1〜3のいずれかに記載の成膜装置。

[5] 前記成膜手段と前記反応手段とにより酸化膜及び窒化膜のいずれか、或いは両方を形成することを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の成膜装置。

[6] 前記成膜手段が、スパッタリング手段であることを特徴とする請求項 1〜5のいずれかに記載の成膜装置。

[7] 前記イオンガンに印加する加速電圧を 500Vから 3000Vとしたことを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の成膜装置。

[8] 前記イオンビームを形成するガスが、酸素イオンを供給する酸ィ匕ガス及び窒素ィォンを供給する窒化ガスのいずれかであることを特徴とする請求項 1〜7のいずれかに記載の成膜装置。

[9] 前記イオンビームを前記基板にほぼ垂直に照射することを特徴とする請求項 1〜8 の!、ずれかに記載の成膜装置。

[10] 凹凸を有する前記基板に対し、凹部内に薄膜が付着するのを阻害するように形成された前記薄膜に、前記イオンビームを照射することを特徴とする請求項 1〜9のいずれかに記載の成膜装置。

[II] 真空排気可能な真空室内で保持部材に保持された基板に薄膜を形成する成膜ェ程と、形成された薄膜をプラズマによって反応ガスと反応させる反応工程と、上記基板にィ才ンガンによりィ才ンビームを照射する照射工程とを備え、

上記照射工程が、上記薄膜と上記反応ガスとの反応の促進及び上記薄膜の一部エッチングの!/ヽずれか、或、は両方をして積層した薄膜を形成する成膜方法。

[12] 前記保持部材が、自転する筒状の回転ドラムであり、この回転ドラムの周面に前記基板を保持しており、この回転ドラムを回転させながら前記成膜工程、反応工程及び照射工程により薄膜を積層することを特徴とする請求項 11に記載の成膜方法。

[13] 前記保持部材が、自転する板状の回転盤であり、この回転盤の板面に前記基板を保持しており、この回転盤を回転させながら前記成膜工程、反応工程及び照射工程により薄膜を積層することを特徴とする請求項 11に記載の成膜方法。

[14] 前記薄膜を形成する成膜工程が複数の成膜手段により複数の薄膜を形成するェ程であることを特徴とする請求項 11〜13のいずれかに記載の成膜方法。

[15] 前記成膜工程と前記反応工程とにより酸化膜及び窒化膜のいずれか、或いは両方を形成することを特徴とする請求項 11〜14のいずれかに記載の成膜方法。

[16] 前記成膜工程が、スパッタリングにより薄膜を形成する工程であることを特徴とする請求項 11〜 15の、ずれかに記載の成膜方法。

[17] 前記イオンガンに印加する加速電圧を 500Vから 3000Vとしたことを特徴とする請求項 11〜16のいずれかに記載の成膜方法。

[18] 前記イオンビームを形成するガスが、酸素イオンを供給する酸ィ匕ガス及び窒素ィォンを供給する窒化ガスの、ずれかであることを特徴とする請求項 11〜 17の、ずれかに記載の成膜方法。

[19] 前記イオンビームを前記基板にほぼ垂直に照射することを特徴とする請求項 11〜

18のいずれか〖こ記載の成膜方法。

[20] 凹凸を有する前記基板に対し、凹部内に薄膜が付着するのを阻害するように形成された前記薄膜に、前記イオンビームを照射することを特徴とする請求項 11〜19の

V、ずれかに記載の成膜方法。