特開 2023-829 成膜装置及び成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023000829

(43)【公開日】2023-01-04

(54)【発明の名称】成膜装置及び成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20221222BHJP

   C23C 14/08 20060101ALI20221222BHJP

   H01L 21/203 20060101ALI20221222BHJP

【ＦＩ】

C23C14/34

C23C14/08

H01L21/203 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021101865

(22)【出願日】2021-06-18

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(72)【発明者】

【氏名】岩下 浩之

(72)【発明者】

【氏名】北田 亨

(72)【発明者】

【氏名】島田 篤史

【テーマコード（参考）】

4K029

5F103

【Ｆターム（参考）】

4K029AA24

4K029BA17

4K029BA35

4K029BA43

4K029BA46

4K029BA48

4K029CA06

4K029DC03

4K029DC39

4K029DC44

4K029JA01

5F103AA08

5F103BB22

5F103DD27

(57)【要約】

【課題】屈折率が高い金属酸化膜を高い成膜速度で形成する。
【解決手段】基板上に金属酸化膜を形成する成膜装置であって、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された基板を加熱する加熱機構と、前記基板支持部が内部に設けられた処理容器と、前記処理容器内に金属材料のターゲットを保持し、電源に接続されるホルダと、前記処理容器内に酸素ガスを供給可能に構成されたガス供給部と、制御部と、を備え、前記制御部は、（Ａ）前記処理容器内において金属モードでの反応性スパッタリングによって基板上に所定の膜を形成する工程と、（Ｂ）前記処理容器内において前記所定の膜と酸素ガスとを反応させ目的の金属酸化膜を形成する工程と、を交互に繰り返し実行するように、前記加熱機構、前記電源及び前記ガス供給部を制御する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に金属酸化膜を形成する成膜装置であって、
基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部に支持された基板を加熱する加熱機構と、
前記基板支持部が内部に設けられた処理容器と、
前記処理容器内に金属材料のターゲットを保持し、電源に接続されるホルダと、
前記処理容器内に酸素ガスを供給可能に構成されたガス供給部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
（Ａ）前記処理容器内において金属モードでの反応性スパッタリングによって基板上に所定の膜を形成する工程と、
（Ｂ）前記処理容器内において前記所定の膜と酸素ガスとを反応させ目的の金属酸化膜を形成する工程と、
を交互に繰り返し実行するように、前記加熱機構、前記電源及び前記ガス供給部を制御する、成膜装置。

【請求項2】

前記（Ａ）工程では、前記電源から前記ホルダに電力を供給すると共に前記加熱機構により前記基板支持部に支持された基板を加熱し、
前記（Ｂ）工程では、前記電源から前記ホルダに電力を供給しない状態で前記基板支持部に支持された基板を加熱する、請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

１回の前記（Ａ）工程により厚さが２～４Åの前記所定の膜を形成する、請求項１または２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記所定の膜は、前記目的の金属酸化膜より高い割合で金属を含む金属酸化膜である、請求項１～３のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記目的の金属酸化膜は、二酸化チタン膜、二酸化ケイ素膜またはチタンとケイ素の両方を含む酸化膜である、請求項１～４のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記目的の金属酸化膜は、アナターゼ型の結晶構造の二酸化チタン膜である、請求項５に記載の成膜装置。

【請求項7】

基板上に金属酸化膜を形成する成膜方法であって、
（ａ）金属モードでの反応性スパッタリングによって基板上に所定の膜を形成する工程と、
（ｂ）前記所定の膜と酸素ガスとを反応させ目的の金属酸化膜を形成する工程と、
を交互に繰り返し行う、成膜方法。

【請求項8】

前記（ａ）工程は、ターゲットを保持するホルダに電力を供給すると共に基板を加熱し、
前記（ｂ）工程では、前記ホルダに電力を供給しない状態で基板を加熱する、請求項７に記載の成膜方法。

【請求項9】

１回の前記（ａ）工程により厚さが１～４×１０^－１０ｍの前記所定の膜を形成する、請求項７または８に記載の成膜方法。

【請求項10】

前記所定の膜は、前記目的の金属酸化膜より高い割合で金属を含む金属酸化膜である、請求項７～９のいずれか１項に記載の成膜方法。

【請求項11】

前記目的の金属酸化膜は、二酸化チタン膜、二酸化ケイ素膜またはチタンとケイ素の両方を含む酸化膜である、請求項７～１０のいずれか１項に記載の成膜方法。

【請求項12】

前記目的の金属酸化膜は、アナターゼ型の結晶構造の二酸化チタン膜である、請求項１１に記載の成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ターゲットに金属チタンを用い、アルゴンと酸素の混合ガスをスパッタリング装置への混入ガスとして用い、導入ガスのガス圧を１０Ｔｏｒｒより高くして、混合ガスプラズマによる反応性スパッタリングによりアナターゼ型結晶の酸化チタンの成膜を行うことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－１２６６１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示にかかる技術は、所望の金属酸化膜を高い成膜速度で形成する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、基板上に金属酸化膜を形成する成膜装置であって、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された基板を加熱する加熱機構と、前記基板支持部が内部に設けられた処理容器と、前記処理容器内に金属材料のターゲットを保持し、電源に接続されるホルダと、前記処理容器内に酸素ガスを供給可能に構成されたガス供給部と、制御部と、を備え、前記制御部は、（Ａ）前記処理容器内において金属モードでの反応性スパッタリングによって基板上に所定の膜を形成する工程と、（Ｂ）前記処理容器内において前記所定の膜と酸素ガスとを反応させ目的の金属酸化膜を形成する工程と、を交互に繰り返し実行するように、前記加熱機構、前記電源及び前記ガス供給部を制御する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、所望の金属酸化膜を高い成膜速度で形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】反応性スパッタリング時の酸素ガスの流量と、成膜速度及び屈折率との関係を示す図である。

【図2】本実施形態にかかる成膜装置１の構成の概略を示す縦断面図である。

【図3】成膜処理中の処理容器内の様子を示す図である。

【図4】成膜処理中の処理容器内の様子を示す図である。

【図5】本実施形態にかかる成膜方法で実際に形成したＴｉＯ_２膜の屈折率と、その際の成膜速度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

半導体デバイス等の製造プロセスにおいては、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）等の基板に対して、金属酸化膜等の所望の膜を形成する成膜処理が行われる。成膜処理には反応性スパッタリングが用いられることがある。例えば反応性スパッタリングにより金属酸化膜としての酸化チタン膜の形成を行う場合、ターゲットから放出された金属粒子と反応性ガスとしての酸素ガスとが反応して基板上に酸化チタン膜が形成される。

【0009】

ところで、反応性スパッタリング時の酸素ガスの供給流量によって、形成される酸化チタン膜の特性、特に屈折率が異なってくる。具体的には、図１に示すように、反応性スパッタリングが、酸素ガスの供給流量が大きい反応モード（ポイズンモードともいう。）で行われた場合、酸素ガスの供給流量が小さい金属モード（メタルモードともいう。）で行われた場合に比べて、高屈折率の酸化チタン膜を得ることができる。しかし、反応モードでは、上述のように高屈折率の酸化チタン膜を得ることができるものの、金属モードに比べて成膜速度が低く、量産等のためには成膜速度を高くすることが求められる。この点は、他の金属酸化膜についても同様である。

【0010】

そこで、本開示にかかる技術は、高屈折率の金属酸化膜を高い成膜速度で形成する。

【0011】

以下、本実施形態にかかる成膜装置及び成膜方法を、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0012】

＜成膜装置＞
図２は、本実施形態にかかる成膜装置１の構成の概略を示す縦断面図である。

【0013】

図２の成膜装置１は、基板としてのウェハＷ上に、金属酸化膜を形成するものである。成膜装置１が形成する金属酸化膜は、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜や二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜、ＴｉＳｉＯ_Ｘ膜である。以下では、ＴｉＯ_２膜を形成する例で成膜装置１を説明する。

【0014】

成膜装置１は、処理容器１０を備える。処理容器１０は、減圧可能に構成され、ウェハＷを収容するものであり、例えばアルミニウムから形成され、接地電位に接続されている。処理容器１０の底部には、当該処理容器１０内の空間Ｋ１を減圧するための排気装置１１が接続されている。排気装置１１は、真空ポンプ（図示せず）等を有しており、例えば、ＡＰＣバルブ１２を介して処理容器１０に接続される。

【0015】

また、処理容器１０の一方側（図のＸ方向正側）の側壁には、ウェハＷの搬出入口１３が形成されており、この搬出入口１３には当該搬出入口１３を開閉するためのゲートバルブ１３ａが設けられている。

【0016】

処理容器１０内には、基板支持部としての載置台１４が設けられている。載置台１４は、当該載置台１４に載置されたウェハＷを支持する。載置台１４には、具体的には、ウェハＷが、後述のシールド部３０によって画成される処理空間Ｋ２に面するように、水平に載置される。載置台１４は、静電チャック１４ａ、加熱機構としてのヒータ１４ｂ及びベース部１４ｃを有する。

【0017】

静電チャック１４ａは、例えば、誘電体膜と、当該誘電体膜の内層として設けられた電極と、を有し、ベース部１４ｃ上に設けられている。静電チャック１４ａの電極には、直流電源（図示せず）が接続されている。静電チャック１４ａ上に載置されたウェハＷは、直流電源からの直流電圧を電極に印加することにより生じる静電吸着力によって、静電チャック１４ａに吸着保持される。

【0018】

ヒータ１４ｂは、載置台１４に支持されたウェハＷを加熱する。ヒータ１４ｂは、載置台１４（具体的には静電チャック１４ａ）を加熱することにより、載置台（具体的には静電チャック１４ａ）に支持されたウェハＷを加熱する。
ヒータ１４ｂには、例えば抵抗加熱式のヒータを用いることができる。また、ヒータ１４ｂは、例えば静電チャック１４ａに設けられる。

【0019】

ベース部１４ｃは、例えば、アルミニウムを用いて円板状に形成されている。ヒータ１４ｂの種類等によっては、ヒータ１４ｂをベース部１４ｃに設けてもよい。

【0020】

なお、載置台１４は、当該載置台１４に載置されたウェハＷを冷却するための冷却機構が設けられていてもよい。

【0021】

さらに、載置台１４は、回転・移動機構１５に接続されている。回転・移動機構１５は、例えば支軸１５ａ及び駆動部１５ｂを有する。
支軸１５ａは、処理容器１０の底壁を貫通するように、上下方向に延在する。この支軸１５ａと処理容器１０の底壁との間には、封止部材ＳＬ１が設けられている。封止部材ＳＬ１は、支軸１５ａが回転及び上下動可能であるように、処理容器１０の底壁と支軸１５ａとの間の空間を封止する部材であり、例えば、磁性流体シールである。支軸１５ａの上端は、載置台１４の下面中央に接続されており、下端は駆動部１５ｂに接続されている。
駆動部１５ｂは、例えばモータ等の駆動源を有し、支軸１５ａを回転及び上下動させるための駆動力を発生する。支軸１５ａがその軸線ＡＸ１を中心に回転することに伴って、載置台１４が上記軸線ＡＸ１を中心に回転し、支軸１５ａが上下動することに伴って、載置台１４が上下動する。

【0022】

載置台１４の上方には、金属材料のターゲット２０を保持する、導電性材料で形成されたホルダ２０ａが設けられている。ホルダ２０ａは、処理容器１０内にターゲット２０が位置するよう当該ターゲット２０を保持する。このホルダ２０ａは、処理容器１０の天井部に取り付けられている。処理容器１０におけるホルダ２０ａの取り付け位置には、貫通口が形成されている。また、上記貫通口を囲うように処理容器１０の内壁面に絶縁部材１０ａが設けられている。ホルダ２０ａは、上記貫通口を塞ぐように、絶縁部材１０ａを介して処理容器１０に取り付けられている。

【0023】

ホルダ２０ａは、ターゲット２０が載置台１４に向くように、当該ターゲット２０を正面に保持する。
ターゲット２０は、成膜しようとする金属酸化膜の構成元素である金属から成る。本例のターゲット２０は、ＴｉＯ_２膜の構成元素であるチタン（Ｔｉ）から成る。
また、ホルダ２０ａには、電源２１が接続され、当該電源２１から、負の直流電圧が印加される。負の直流電圧に代えて、交流電圧が印加されるようにしてもよい。

【0024】

さらに、ホルダ２０ａの背面側であって、処理容器１０の外側となる位置にマグネットユニット２２が設けられている。マグネットユニット２２は、ホルダ２０ａに保持されたターゲット２０の正面側に漏洩する磁場を形成するものである。

【0025】

マグネットユニット２２は、移動機構２３に接続されている。移動機構２３は、マグネットユニット２２をホルダ２０ａの背面に沿って装置奥行き方向（図２のＹ方向）に揺動させるものであり、例えば、装置奥行き方向（図２のＹ方向）に沿って延在するレール２３ａと、モータ等を含む駆動部２３ｂとを有する。駆動部２３ｂが発生する駆動力によって、マグネットユニット２２が、レール２３ａに沿って、装置奥行き方向（図２のＹ方向）に移動する。より具体的には、駆動部２３ｂが発生する駆動力により、マグネットユニット２２が、ターゲット２０の装置奥行き方向一端（図２のＹ方向負側端）と他端（図２のＹ方向正側端）との間で往復運動を行うように移動する。駆動部２３ｂは後述の制御部Ｕにより制御される。
移動機構２３によってマグネットユニット２２を揺動させることにより、ターゲット２０の略全体を利用することが可能になる。

【0026】

さらに、成膜装置１は、処理容器１０内に処理空間Ｋ２を形成するシールド部３０を有する。シールド部３０は、処理容器１０内に設けられている。

【0027】

シールド部３０は、第１シールド部材３１と、第２シールド部材３２とを有する。第１シールド部材３１及び第２シールド部材３２は、例えばアルミニウムから形成される。

【0028】

第１シールド部材３１は、上部が開口した鍋状部材であり、載置台１４に載置されたウェハＷに対して処理空間Ｋ２を露出させるための孔３１ａを底面に有する。第１シールド部材３１は、例えば、支持部材（図示せず）を介して処理容器１０内に支持される。

【0029】

第２シールド部材３２は、第１シールド部材３１の上部の開口を塞ぐ蓋部材であり、平面視における中央部分が上方に突出するように形成されている。第２シールド部材３２は、開口３２ａを有する。開口３２ａを介して、ホルダ２０ａに保持されたターゲット２０からのスパッタ粒子が処理空間Ｋ２に供給される。

【0030】

また、第２シールド部材３２は、上面視における中心を通る中心軸を中心に回転可能に構成されている。第２シールド部材３２が回転することにより、第２シールド部材３２の開口３２ａを、ホルダ２０ａに保持されたターゲット２０と対向させたり、第２シールド部材３２の開口３２ａが形成されていない部分を、ターゲット２０と対向させたりすることができる。

【0031】

さらに、成膜装置１は、処理容器１０内にガスを供給するガス供給部４０を備えている。ガス供給部４０は、スパッタリングガスである、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス等の不活性ガスを処理容器１０内に供給する。また、ガス供給部４０は、酸素（Ｏ_２）ガスを処理容器１０内に供給する。

【0032】

ガス供給部４０は、例えば、ガスソース４１、４２、マスフローコントローラ等の流量制御器４３、４４及びガス導入部４５を有する。ガスソース４１は上述のＡｒガス等の不活性ガスを貯留している。ガスソース４２はＯ_２ガスを貯留している。ガスソース４１、４２はそれぞれ、流量制御器４３、４４を介してガス導入部４５に接続されている。ガス導入部４５は、ガスソース４１、４２からのガスを処理容器１０内に導入する部材である。

【0033】

成膜装置１は図２に示すようにさらに制御部Ｕを備える。制御部Ｕは、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータにより構成され、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、ヒータ１４ｂ、電源２１、ガス供給部４０等を制御して、成膜装置１における後述の成膜処理を実現するためのプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部Ｕにインストールされたものであってもよい。上記記憶媒体は、一時なものであっても非一時的なものであってもよい。また、プログラムの一部または全ては専用ハードウェア（回路基板）で実現してもよい。

【0034】

＜成膜処理＞
次に、成膜装置１を用いた成膜処理の一例について図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４はそれぞれ成膜処理中の処理容器１０内の様子を示す図である。なお、以下の処理は制御部Ｕの制御の下で行われる。

【0035】

（Ｓ１：搬入）
まず、処理容器１０内にウェハＷが搬入される。
具体的には、ゲートバルブ１３ａが開かれ、排気装置１１により所望の圧力に調整された処理容器１０に隣接する真空雰囲気の搬送室（図示せず）から搬出入口１３を介して、ウェハＷを保持した搬送機構（図示せず）が処理容器１０内に挿入される。そして、ウェハＷが、ヒータ１４ｂにより所定の温度に加熱された載置台１４の上方に搬送される。次いで、上昇した支持ピン（図示せず）の上にウェハＷが受け渡され、その後、上記搬送機構は処理容器１０から抜き出され、ゲートバルブ１３ａが閉じられる。それと共に、上記支持ピンの下降が行われ、ウェハＷが、載置台１４上に載置され、静電チャック１４ａの静電吸着力により吸着保持される。また、載置台１４の上昇が行われ、シールド部３０の孔３１ａの直下にウェハＷが移動する。

【0036】

（Ｓ２：所定の膜の形成）
次いで、処理容器１０内において金属モードでの反応性スパッタリングによってウェハＷ上に所定の膜が形成される。所定の膜とは、具体的には、成膜しようとする目的の酸化チタン膜であるＴｉＯ_２膜よりも高い割合で金属（具体的にはＴｉ）を含む、金属酸化膜すなわち一酸化チタン（ＴｉＯ）膜である。

【0037】

本工程では、例えば、図３に示すように、処理容器１０の処理空間Ｋ２内に、ガス供給部４０（図２参照）からスパッタリングガスであるＡｒガスとＯ_２ガスが供給される。Ａｒガスの流量は例えば２０ｓｃｃｍ～８０ｓｃｃｍである。また、Ｏ_２ガスの流量は、予め行われた試験等の結果に基づいて定められる、金属モードでの反応性スパッタリングが行われる流量であり、例えば１ｓｃｃｍ～４０ｓｃｃｍである。なお、Ａｒガスの流量（すなわち分圧）の範囲を上記より高く（または広く）した場合は、Ｏ_２ガスの流量（すなわち分圧）の範囲は上記より高く（または広く）設定される。本工程では、Ａｒガス及びＯ_２ガスの供給と共に、電源２１からターゲット２０に電力が供給され、また、マグネットユニット２２が、ターゲット２０の上方を装置奥行き方向（図２のＹ方向）に沿って、繰り返し往復運動するように、すなわち揺動するように、移動機構２３によって移動される。電源２１からの電力により、処理容器１０内のＡｒガスが電離し、電離によって生じた電子が、マグネットユニット２２がターゲット２０の正面に形成した磁場（すなわち漏洩磁場）によってドリフト運動し、高密度なプラズマが生じる。このプラズマ中に生じたＡｒイオンによって、ターゲット２０の表面がスパッタリングされ、Ｔｉのスパッタ粒子が放出される。ターゲット２０から放出されたＴｉのスパッタ粒子は、Ｏ_２ガスとして反応し、ヒータ１４ｂにより所定の温度に加熱された載置台１４上のウェハＷの表面に、酸化チタン膜が形成される。この際、Ｏ_２ガスの流量が上述のように金属モードでの反応性スパッタリングによる成膜が行われる流量であるため、Ｔｉのスパッタ粒子とＯ_２ガスが反応して生成される酸化チタンは、目的の酸化チタンであるＴｉＯ_２よりＴｉの金属の割合が高いＴｉＯであり、ウェハＷ上にはＴｉＯ膜が形成される。

【0038】

本工程は、例えば２秒～１０秒に亘って行われ、ウェハＷ上には、原子レベルの厚さのＴｉＯ膜、具体的には、厚さが１～４×１０^－１０ｍのＴｉＯ膜がウェハＷ上に形成される。また、本工程における載置台１４の温度は８０℃以上である。

【0039】

なお、本明細書において、反応モード及び金属モードとは以下のようなモードである。
反応モードは、反応性スパッタリングで金属酸化物膜をウェハＷ上に成膜する場合に、化学量論に近い目的の金属酸化物膜が形成されるモードであり、ターゲット２０の表面にＯ_２ガスの原子が付着して成膜速度が遅くなったモードである。一方、金属モードは、反応性スパッタリングで金属酸化物膜をウェハＷ上に成膜する場合に、膜中に含まれる金属の割合が大きい膜が形成されるモードであり、ターゲット２０の表面にＯ_２ガスの原子が付着せずにターゲット金属が剥き出しになっており成膜速度が速いモードである。

【0040】

（Ｓ３：目的の酸化チタン膜形成）
ステップＳ２に続いて、処理容器１０内において上記所定の膜とＯ_２ガスとが反応し、成膜しようとする目的の酸化チタン膜が形成される。上記目的の酸化チタン膜とは、上述のようにＴｉＯ_２膜であり、より具体的には、アナターゼ型の結晶構造のＴｉＯ_２膜である。

【0041】

本工程では、例えば、ガス供給部４０から処理容器１０の処理空間Ｋ２内へのＡｒガスの供給、電源２１からターゲット２０への電力供給及びマグネットユニット２２の揺動が停止される一方で、図４に示すように、ガス供給部４０から処理容器１０の処理空間Ｋ２内へのＯ_２ガスの供給及びヒータ１４ｂによる載置台１４の加熱は継続される。例えば、Ｏ_２ガスの流量及び載置台１４の温度はステップＳ２とステップＳ３とで共通である。
載置台１４上のウェハＷに形成されたＴｉＯ膜は、加熱された載置台１４からの熱により、活性化した状態にある。そのため、上記ＴｉＯ膜は、処理空間Ｋ２内にＯ_２ガスに暴露されることにより、当該Ｏ_２ガスと反応して、ＴｉＯ_２膜化する。

【0042】

本工程は、例えば５秒～１０秒に亘って行われる。

【0043】

上記のステップＳ２及びステップＳ３は、ウェハＷ上に所望の厚さのＴｉＯ_２膜が形成されるまで交互に繰り返し行われる。例えば、上記のステップＳ３及びステップＳ３は、３５０～７５０サイクル（回）繰り返し行われ、総時間５０００～１００００秒で１００ｎｍ程度の膜が形成される。
なお、ステップＳ２及びステップＳ３において、ウェハＷが載置された載置台１４を回転させてもよい。また、ステップＳ３では、ステップＳ２に引き続いて、第２シールド部材３２の開口を、ホルダ２０ａに保持されたターゲット２０と対向させた状態のままとしてもよい。

【0044】

（搬出）
その後、処理容器１０からウェハＷが搬出される。具体的には、搬入時と逆の動作で、ウェハＷが処理容器１０の外に搬出される。
そして、前述の搬入工程に戻り、次の成膜対象のウェハＷが同様に処理される。

【0045】

＜本実施形態の主な効果＞
以上のように、本実施形態にかかる成膜方法では、
（ａ）金属モードでの反応性スパッタリングによってウェハＷ上に所定の膜を形成する工程と、
（ｂ）上記所定の膜とＯ_２ガスとを反応させ目的の酸化チタン膜すなわちＴｉＯ_２膜を形成する工程と、
を交互に繰り返し行う。これにより、所望の厚さのＴｉＯ_２膜を形成している。
上記（ａ）工程における金属モードでウェハＷ上に形成される上記所定の膜は、反応モードで形成されるＴｉＯ_２膜より金属の割合が大きい膜（例えばＴｉＯ膜）であり屈折率は低いが、上記（ａ）工程における金属モードでの成膜速度は、反応モードでの成膜速度よりも２０倍以上高い（図１参照）。そして、上記（ａ）工程で形成されるＴｉＯ膜は、その後に行われる上記（ｂ）工程によりＴｉＯ_２膜化される。また、上記（ｂ）工程に要する時間は、上記（ａ）工程に要する時間と同程度である。そのため、上記（ａ）工程及び上記（ｂ）工程でＴｉＯ_２膜を形成する場合、反応モードでＴｉＯ_２膜を形成する場合に比べて、同じ厚さのＴｉＯ_２膜を形成するのに要する時間が短くて済む。したがって、上記（ａ）工程と上記（ｂ）工程を繰り返すことで、所望の厚さの高屈折率のＴｉＯ_２膜を高い成膜速度で形成することができる。

【0046】

なお、本実施形態と異なり、ＴｉＯ_２膜の最終的な目標の膜厚と同等の厚さのＴｉ膜を一度に形成し酸化炉で酸化することで目標の膜厚のＴｉＯ_２膜を形成する方法では、酸化炉にて例えば５００℃以上にする必要がある。本実施形態にかかる方法では、上述の酸化炉を用いる方法に比べて、２５０℃等の低温のプロセスでＴｉＯ_２膜を形成することができる。

【0047】

図５は、上述の本実施形態にかかる成膜方法で実際に形成したＴｉＯ_２膜の（波長５２０の光に対する）屈折率と、その際の成膜速度を示す図である。このＴｉＯ_２膜を形成したときの主な条件は以下の通りである。
上記（ａ）工程時のターゲット２０への電力：直流電力５００Ｗ
上記（ａ）工程時の不活性ガス：Ａｒガス
載置台１４の温度：２５０℃
上記（ａ）工程時のＡｒガス流量：３０ｓｃｃｍ
Ｏ_２ガス流量：２０ｓｃｃｍ
１サイクルでのＴｉＯ膜の厚さ：２－４Å
上記（ｂ）工程の時間：５～１０秒
サイクル数（繰り返し回数）：３５０
ＴｉＯ_２膜の最終膜厚：１００ｎｍ

【0048】

図５から明らかな通り、本実施形態にかかる成膜方法で形成したＴｉＯ_２膜の屈折率は、２．５以上と高く、図１に示した、反応モードでの反応性スパッタリングにより形成したＴｉＯ_２膜と同程度であった。また、反応モードでの反応性スパッタリングによる、屈折率が２．６程度のＴｉＯ_２膜の成膜速度は、図１に示すように、０．０２Å／ｓ程度であった。それに対し、本実施形態にかかる成膜方法によるＴｉＯ_２膜の成膜速度は、０．１２Å／ｓ～０．２Å／ｓ程度であり、反応モードでの反応性スパッタリングによる成膜速度に比べて５～１０倍以上速かった。

【0049】

また、本発明者らが試験したところによれば、上述の条件で本実施形態にかかる成膜方法により成膜したＴｉＯ_２膜の消衰係数は０．００以下と低かった。つまり、本実施形態によれば、高屈折率且つ低消衰係数という、透明膜の光学特性を満たすアナターゼ結晶構造のＴｉＯ_２膜を、生産性のある成膜速度でウェハＷ上に形成することができる。

【0050】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0051】

１ 成膜装置
１０ 処理容器
１４ 載置台
１４ｂ ヒータ
２０ ターゲット
２０ａ ホルダ
２１ 電源
４０ ガス供給部
Ｕ 制御部
Ｗ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】