(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構造で複合金属化合物膜又は混合膜を成膜することができる成膜方法及び反応性スパッタ装置を提供する。【解決手段】所定の反応性スパッタ条件において、反応ガスの流量に対する成膜速度の変化率の絶対値の極大値が相対的に大きい第１ターゲットと、相対的に小さい第２ターゲットとを、少なくとも２つのスパッタ電極のそれぞれに装着したのち、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に敏感である第１ターゲットをスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室に導入せず、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に鈍感で成膜速度が得られる第２ターゲットをスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室に導入する。目標とする膜厚になるまで、このサイクルを繰り返す成膜方法及び反応性スパッタ装置。【選択図】図４Ａ
2020084240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜される基板が投入される成膜室と、
前記成膜室を所定圧力に減圧する減圧機と、
前記成膜室に放電ガスを導入する放電ガス導入機と、
成膜材料となるターゲットをそれぞれ備え、一つの前記基板に対して対向する、少なくとも２つのスパッタ電極と、
前記成膜室に反応ガスを導入する反応ガス導入機と、
前記少なくとも２つのスパッタ電極のそれぞれに電力を供給する直流電源と、
前記直流電源と前記少なくとも２つのスパッタ電極との間に接続され、それぞれのスパッタ電極に印加する直流電圧をパルス波電圧に変換する、すくなくとも２つのパルス波変換スイッチと、
前記反応ガス導入機から前記成膜室への反応ガスの導入を制御する反応ガス導入制御器と、
前記少なくとも２つのスパッタ電極に供給するそれぞれのスパッタ目標電力と、前記反応ガスの目標導入タイミングとに応じたパルス制御信号パターンがプログラム可能とされ、プログラムされたパルス制御信号パターンにしたがって、前記少なくとも２つのパルス波変換スイッチのそれぞれと、前記反応ガス導入制御器とを制御するプログラマブル発信器と、を備える反応性スパッタ装置を用い、前記基板に成膜処理を施す金属化合物膜の成膜方法であって、
所定の反応性スパッタ条件において、前記反応ガスの流量に対する成膜速度の変化率の絶対値の極大値が相対的に大きい第１ターゲットと、相対的に小さい第２ターゲットとを、前記少なくとも２つのスパッタ電極のそれぞれに装着したのち、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第１ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第１スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入しないで、前記基板に前記第１ターゲットの金属超薄膜を形成する第１の工程と、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第２ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第２スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入し、前記基板に前記第２ターゲットの金属超薄膜を形成する第２の工程と、を少なくとも備える金属化合物膜の成膜方法。
【請求項２】
前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとを前記少なくとも２つのスパッタ電極のそれぞれに装着した後の成膜工程の１周期において、
前記第１の工程を実施した後に前記第２の工程を実施するか、又は、
前記第２の工程を実施した後に前記第１の工程を実施する請求項１に記載の金属化合物膜の成膜方法。
【請求項３】
前記成膜工程の１周期において、
前記第１の工程を実施した後に前記第２の工程を実施する場合には、前記第１の工程を実施する前又は前記第２の工程を実施した後に、
前記第２の工程を実施した後に前記第１の工程を実施する場合には、前記第２の工程を実施する前又は前記第１の工程を実施した後に、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第１ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第１スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入しないで、前記基板に前記第１ターゲットの金属超薄膜を形成する第３の工程と、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第２ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第２スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入しないで、前記基板に前記第２ターゲットの金属超薄膜を形成する第４の工程と、を備える請求項２に記載の金属化合物膜の成膜方法。
【請求項４】
前記第１ターゲットは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ａｌであり、前記第２ターゲットは、Ｙ，Ｅｒ／Ｙ又はＳｉである請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属化合物膜の成膜方法。
【請求項５】
成膜される基板が投入される成膜室と、
前記成膜室を所定圧力に減圧する減圧機と、
前記成膜室に放電ガスを導入する放電ガス導入機と、
成膜材料となるターゲットをそれぞれ備え、一つの前記基板に対して対向する、少なくとも２つのスパッタ電極と、
前記成膜室に反応ガスを導入する反応ガス導入機と、
前記少なくとも２つのスパッタ電極のそれぞれに電力を供給する直流電源と、
前記直流電源と前記少なくとも２つのスパッタ電極との間に接続され、それぞれのスパッタ電極に印加する直流電圧をパルス波電圧に変換する、すくなくとも２つのパルス波変換スイッチと、
前記反応ガス導入機から前記成膜室への反応ガスの導入を制御する反応ガス導入制御器と、
前記少なくとも２つのスパッタ電極に供給するそれぞれのスパッタ目標電力と、前記反応ガスの目標導入タイミングとに応じたパルス制御信号パターンがプログラム可能とされ、プログラムされたパルス制御信号パターンにしたがって、前記少なくとも２つのパルス波変換スイッチのそれぞれと、前記反応ガス導入制御器とを制御するプログラマブル発信器と、を備える反応性スパッタ装置を用い、前記基板に成膜処理を施す金属化合物膜の成膜方法であって、
第１ターゲットと第２ターゲットとを、前記少なくとも２つのスパッタ電極のそれぞれに装着したのち、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第１ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第１スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入しないで、前記基板に前記第１ターゲットの金属超薄膜を形成する第１の工程と、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第２ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第２スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入しないで、前記基板に前記第２ターゲットの金属超薄膜を形成する第２の工程と、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第１ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第１スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入し、前記基板に前記第１ターゲットの金属超薄膜を形成する第３の工程と、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第２ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第２スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入し、前記基板に前記第２ターゲットの金属超薄膜を形成する第４の工程と、を少なくとも備える金属化合物膜の成膜方法。
【請求項６】
前記第１の工程、前記第２の工程、前記第３の工程及び前記第４の工程を、この順序で実施する請求項５に記載の金属化合物膜の成膜方法。
【請求項７】
前記第３の工程、前記第４の工程、前記第１の工程及び前記第２の工程を、この順序で実施する請求項５に記載の金属化合物膜の成膜方法。
【請求項８】
前記第１の工程、前記第４の工程、前記第３の工程及び前記第２の工程を、この順序で実施する請求項５に記載の金属化合物膜の成膜方法。
【請求項９】
前記第３の工程、前記第２の工程、前記第１の工程及び前記第４の工程を、この順序で実施する請求項５に記載の金属化合物膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記第１ターゲット及び前記第２ターゲットは、Ｙ，Ｅｒ／Ｙ又はＳｉのいずれかである請求項５〜９のいずれか一項に記載の金属化合物膜の成膜方法。
【請求項１１】
成膜される基板が投入される成膜室と、
前記成膜室を所定圧力に減圧する減圧機と、
前記成膜室に放電ガスを導入する放電ガス導入機と、
成膜材料となるターゲットをそれぞれ備え、一つの前記基板に対して対向する複数のスパッタ電極と、
前記成膜室に反応ガスを導入する反応ガス導入機と、
前記複数のスパッタ電極に電力を供給する直流電源と、
前記直流電源と前記複数のスパッタ電極との間に接続され、それぞれのスパッタ電極に印加する直流電圧をパルス波電圧に変換する複数のパルス波変換スイッチと、
前記反応ガス導入機から前記成膜室への反応ガスの導入を制御する反応ガス導入制御器と、
前記複数のスパッタ電極に供給するそれぞれのスパッタ目標電力と、前記反応ガスの目標導入タイミングとに応じたパルス制御信号パターンがプログラム可能とされ、プログラムされたパルス制御信号パターンにしたがって、前記複数のパルス波変換スイッチのそれぞれと前記反応ガス導入制御器とを制御するプログラマブル発信器と、を備え、
前記反応ガス導入機は、
反応ガス供給源と、
前記反応ガス供給源から供給する反応ガス流量を調節する流量調節器と、
前記流量調節器から分岐して前記成膜室へ反応ガスを導く第１ガス流路と、
前記流量調節器から分岐して前記減圧機の排気系へ反応ガスを導く第２ガス流路と、
前記第１ガス流路を開閉する第１開閉弁と、
前記第２ガス流路を開閉する第２開閉弁と、を備え、
前記反応ガス導入制御器は、前記プログラマブル発信器からのパルス制御信号パターンに基づいて、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を排他的に開閉制御する反応性スパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属化合物膜の成膜方法及び反応性スパッタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物の薄膜を反応性スパッタ法により成膜する場合、スパッタ雰囲気に導入する酸素分子の流量が多くなると、金属薄膜を成膜する場合に比べて成膜速度が著しく低下する。このため、成膜室に、ターゲットが装着されたスパッタ電極とは別に、ラジカル電極を設け、基板の表面と、ターゲットの表面との間隙に対し酸素ラジカル、すなわち酸素原子を供給するように構成した金属酸化物成膜装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０４８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、スパッタ電極とは別にラジカル電極が必要となるため、高周波電源その他の装置費用が増加するとともに、成膜室におけるラジカル電極の専有容積だけ成膜装置が大型化するという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、簡単な構造で金属化合物膜を成膜することができる金属化合物膜の成膜方法及び反応性スパッタ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、直流電源と少なくとも２つのスパッタ電極との間に、直流電圧をパルス波電圧に変換するパルス波変換スイッチを少なくとも２つのスパッタ電極に対応して設け、パルス波変換スイッチと、反応ガス導入制御器と、反応に要する時間とを、プログラムされたパルス制御信号パターンを発生するプログラマブル発信器により制御することにより、各スパッタ電極に供給する目標電力と目標反応ガス導入タイミングとを適宜に設定することによって、上記課題を解決する。
【０００７】
特に、所定の反応性スパッタ条件において、反応ガスの流量に対する成膜速度の変化率の絶対値の極大値が相対的に大きい第１ターゲットと、相対的に小さい第２ターゲットとを、少なくとも２つのスパッタ電極のそれぞれに装着したのち、
成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第１ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第１スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室への反応ガスの導入を停止して、前記基板に前記第１ターゲットの金属超薄膜を形成する第１の工程と、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第２ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第２スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入し、前記基板に前記第２ターゲットの金属超薄膜を形成する第２の工程と、を少なくとも備える金属化合物膜の成膜方法により、上記課題を解決する。
【０００８】
また、第１ターゲットと第２ターゲットとを、前記少なくとも２つのスパッタ電極のそれぞれに装着したのち、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第１ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第１スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入しないで、前記基板に前記第１ターゲットの金属超薄膜を形成する第１の工程と、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第２ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第２スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入しないで、前記基板に前記第２ターゲットの金属超薄膜を形成する第２の工程と、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第１ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第１スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入し、前記基板に前記第１ターゲットの金属超薄膜を形成する第３の工程と、
前記成膜室に放電ガスを導入した状態で、前記第２ターゲットが装着されたスパッタ電極に、前記パルス制御信号パターンにより設定された第２スパッタ目標電力を供給するとともに、前記パルス制御信号パターンにより設定された目標導入タイミングだけ前記反応ガス導入機から前記成膜室へ反応ガスを導入し、前記基板に前記第２ターゲットの金属超薄膜を形成する第４の工程と、を少なくとも備える金属化合物膜の成膜方法により、上記課題を解決する。
【０００９】
また、成膜される基板が投入される成膜室と、
前記成膜室を所定圧力に減圧する減圧機と、
前記成膜室に放電ガスを導入する放電ガス導入機と、
成膜材料となるターゲットをそれぞれ備え、一つの前記基板に対して対向する複数のスパッタ電極と、
前記成膜室に反応ガスを導入する反応ガス導入機と、
前記複数のスパッタ電極に電力を供給する直流電源と、
前記直流電源と前記複数のスパッタ電極との間に接続され、それぞれのスパッタ電極に印加する直流電圧をパルス波電圧に変換する複数のパルス波変換スイッチと、
前記反応ガス導入機から前記成膜室への反応ガスの導入を制御する反応ガス導入制御器と、
前記複数のスパッタ電極に供給するそれぞれのスパッタ目標電力と、前記反応ガスの目標導入タイミングとに応じたパルス制御信号パターンがプログラム可能とされ、プログラムされたパルス制御信号パターンにしたがって、前記複数のパルス波変換スイッチのそれぞれと、前記ガス導入制御器とを制御するプログラマブル発信器と、を備え、
前記反応ガス導入機は、
反応ガス供給源と、
前記反応ガス供給源から供給する反応ガス流量を調節する流量調節器と、
前記流量調節器から分岐して前記成膜室へ反応ガスを導く第１ガス流路と、
前記流量調節器から分岐して前記減圧機の排気系へ反応ガスを導く第２ガス流路と、
前記第１ガス流路を開閉する第１開閉弁と、
前記第２ガス流路を開閉する第２開閉弁と、を備え、
前記反応ガス導入制御器は、前記プログラマブル発信器からのパルス制御信号パターンに基づいて、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を排他的に開閉制御する反応性スパッタ装置によっても、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構造で金属化合物膜を成膜することができる成膜方法及び反応性スパッタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明に係る反応性スパッタ装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａの反応ガス導入機の細部を示すブロック図である。
【図１Ｃ】本発明に係る反応性スパッタ装置の他の実施の形態を示す要部ブロック図である。
【図１Ｄ】図１Ｃの反応性スパッタ装置の電気系統を示すブロック図である。
【図２Ａ】図１Ａのプログラマブル発信器２４、第１パルス波変換スイッチ２２又は第２パルス波変換スイッチ２３により生成される電圧パルス波（マスクパルス）の一例を示す図である。
【図２Ｂ】バイアス直流電源２１を設けた場合における、図１Ａのプログラマブル発信器２４、第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３により生成される電圧パルス波（マスクパルス）の他例を示す図である。
【図２Ｃ】図１Ａのプログラマブル発信器に設定されるベースパルス及びマスクパルス並びにこれらにより生成されるスパッタマスクパルスを示す図である。
【図３Ａ】本発明に係る反応性スパッタ装置のさらに他の実施の形態の電気系統を示す要部ブロック図である。
【図３Ｂ】本発明に係る反応性スパッタ装置のさらに他の実施の形態の電気系統を示す要部ブロック図である。
【図４Ａ】本発明に係る反応性スパッタ装置を用いた成膜方法の第１例を示すタイムチャートである。
【図４Ｂ】本発明に係る反応性スパッタ装置を用いた成膜方法の第２例を示すタイムチャートである。
【図４Ｃ】本発明に係る反応性スパッタ装置を用いた成膜方法の第３例を示すタイムチャートである。
【図４Ｄ】本発明に係る反応性スパッタ装置を用いた成膜方法の第４例を示すタイムチャートである。
【図４Ｅ】本発明に係る反応性スパッタ装置を用いた成膜方法の第５例を示すタイムチャートである。
【図４Ｆ】本発明に係る反応性スパッタ装置を用いた成膜方法の第６例を示すタイムチャートである。
【図４Ｇ】本発明に係る反応性スパッタ装置を用いた成膜方法の第７例を示すタイムチャートである。
【図５】所定の反応性スパッタ条件において、異なるターゲットの反応ガス流量に対する成膜速度の特性プロファイルを示すグラフである。
【図６】図４Ａに示す成膜方法にて処理した場合の第１ターゲットの材料飛翔量の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
《反応性スパッタ装置》
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１Ａは、本発明の反応性スパッタ装置の一実施の形態を示すブロック図、図１Ｂは、図１Ａの反応ガス導入機１６の細部を示すブロック図である。本実施形態の反応性スパッタ装置１は、実質的に密閉空間を形成する成膜室１１を備え、当該成膜室１１に、成膜される基板Ｓを保持する基板ホルダ１２と、成膜材料となるターゲット（本例では第１ターゲットＴ１と第２ターゲットＴ２）をそれぞれ備え、一つの基板Ｓに対して対向する複数のスパッタ電極（本例では第１スパッタ電極１８と，第２スパッタ電極１９）とが設けられている。また、成膜室１１には、当該成膜室１１を所定圧力に減圧する減圧機１３と、減圧機１３により減圧される成膜室１１の圧力を制御する、仕切バルブ（メインバルブ）を兼ねたコンダクタンスバルブ１４と、成膜室１１に放電ガスを導入する放電ガス導入機１５と、成膜室１１に反応ガスを導入する反応ガス導入機１６と、反応ガス導入機１６による反応ガス量を制御する反応ガス導入制御器１７と、が設けられている。なお、成膜室１１と減圧機１３との間の配管に、成膜室１１側から順にコンダクタンスバルブと、これとは別の仕切バルブ（メインバルブ）を設けてもよい。
【００１３】
本実施形態の反応性スパッタ装置１は、第１スパッタ電極１８と第２スパッタ電極１９とに電力を供給する一つの直流電源２０を備える。また、本実施形態の反応性スパッタ装置１は、直流電源２０と、第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９と、の間に並列に接続され、第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９に印加する直流電圧をパルス波電圧に変換する複数のパルス波変換スイッチ（本例では第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３）とを備える。さらに、本実施形態の反応性スパッタ装置１は、第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９に供給するそれぞれのスパッタ目標電力と、反応ガスの目標導入タイミングとに応じたパルス制御信号パターンがプログラム可能とされ、当該パルス制御信号パターンにしたがって、第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３のそれぞれを制御するとともに、反応ガス導入制御器１７を制御するプログラマブル発信器２４と、減圧機１３，コンダクタンスバルブ１４，放電ガス導入機１５及び反応ガス導入機１６を制御する装置制御器２５と、反応性スパッタ装置１の全体の制御を統括する成膜制御器２６と、を備える。以下、各構成部材を説明する。
【００１４】
基板ホルダ１２は、たとえば平板状に形成され、成膜室１１に設けられ、その上面には、成膜対象とされる基板Ｓが載置される。また成膜時に基板Ｓを加熱する必要がある場合に対応して、基板ホルダ１２に基板Ｓを加熱する加熱器を設けてもよい。図１Ａにおいては図示を省略するが、成膜室１１の一側壁には、ロードロック室がゲートバルブを介して連設され、基板Ｓは当該ロードロック室からゲートバルブを開いてロード機構などにより投入され、基板ホルダ１２の上面に載置される。また、成膜を終了した基板Ｓは、ロード機構を用いて基板ホルダ１２からロードロック室に搬出される。本実施形態の反応性スパッタ装置１は、１枚の基板Ｓに対してスパッタ成膜を行う、いわゆる枚葉式反応性スパッタ装置である。ただし、本発明の反応性スパッタ装置１は、枚葉式に限定されず、成膜室１１に複数の基板Ｓを投入して処理するものであってもよい。また、本例の基板ホルダ１２は、基板Ｓに対する成膜品質（膜厚や組成比）の均一性を高めるための回転機構や上下機構、ロードロック室との間で基板Ｓを出し入れする際の作業性を高めるための昇降機構を備えてもよい。
【００１５】
第１スパッタ電極１８は、先端面に成膜材料となる第１ターゲットＴ１が保持され、第１ターゲットＴ１の表面が、基板ホルダ１２に載置された基板Ｓに対面するように設けられている。同様に、第２スパッタ電極１９は、先端面に成膜材料となる第２ターゲットＴ２が保持され、第２ターゲットＴ２の表面が、基板ホルダ１２に載置された基板Ｓに対面するように設けられている。本実施形態の反応性スパッタ装置１では、基板Ｓの一つの面に対して２つのスパッタ電極１８，１９を設けているが、本発明の反応性スパッタ装置は、２つのスパッタ電極１８，１９にのみ限定されず、基板Ｓの一つの面に対して３つ以上のスパッタ電極を設けてもよい。
【００１６】
また、複数のスパッタ電極を基板Ｓに対面して設ける場合、全てのターゲットの表面と基板Ｓの表面とは平行にならないが、成膜制御の容易性を考慮して、各スパッタ電極が、基板Ｓの表面に対して等配又は対称の配置になるように設けることが好ましい。図１Ａに示す２つの第１スパッタ電極１８と第２スパッタ電極１９では、第１スパッタ電極１８の中心軸Ｃ１と、第２スパッタ電極１９の中心軸Ｃ２が、基板Ｓの中心Ｏに向かい、それぞれのなす角度θ１，θ２が等しくなるように設けられている。
【００１７】
減圧機１３は、スパッタ処理時には、成膜室１１をスパッタが可能な圧力にするための排気口、排気管及び排気ポンプ（真空ポンプ）を含む。成膜室１１の残留ガスを除去するため、成膜室１１を所定の高真空圧力まで排気した後、スパッタ処理に移行する。スパッタ処理は、放電ガス導入機１５から放電ガスを成膜室１１に導入し、たとえば数Ｐａ〜数１０Ｐａの減圧（真空）雰囲気になるように、仕切バルブを兼ねたコンダクタンスバルブ１４を操作し、成膜室１１を所定の圧力に設定する。なお、仕切バルブ（メインバルブ）は、開又は閉の動作を行うバルブであり、コンダクタンスバルブは、排気速度を調節するために開度が可変とされているバルブである。また、成膜を終了したら、バルブバルブを兼ねたコンダクタンスバルブ１４を閉め、当該成膜室１１に設けられたリークバルブ（不図示）を開くことで成膜室１１を常圧に戻すことができる。なお、成膜室１１の大気開放は、成膜室１１に設けたリークバルブにて行い、減圧機１３は、成膜装置１全体を停止するとき以外は、作動し続けることが望ましい。減圧機１３を停止して大気開放すると、大気に含まれる水や塵埃により減圧機１３が汚染されるおそれがあり、また減圧機１３を停止した後に減圧機１３を再起動するのに長時間かかるからである。
【００１８】
放電ガス導入機１５は、放電ガス（スパッタ処理においてプラズマ状態を形成し、ターゲットに衝突するイオンを発生させるガス）を成膜室１１に供給するための、ガスボンベ、レギュレータ、仕切バルブ、導入管、流量調節バルブ及び必要に応じてポンプを含む。放電ガスとしては特に限定されないが、たとえばアルゴンガスなどの不活性ガスが用いられる。
【００１９】
反応ガス導入機１６は、反応性スパッタ処理を行う場合に用いられ、図１Ｂに示すように、圧縮された反応ガスを貯留した反応ガスボンベ１６１と、反応ガスボンベ１６１からガス流路１６５を介して供給されるガス流量を設定するための流量調節器１６２と、流量調節器１６２から分岐して成膜室１１へ反応ガスを導く第１ガス流路１６６ａ，１６６ｂと、流量調節器１６２から分岐して減圧機１３の排気系へ反応ガスを導く第２ガス流路１６７ａ，１６７ｂと、第１ガス流路１６６を開閉する第１開閉弁１６３と、第２ガス流路１６７を開閉する第２開閉弁１６４と、を含む。なお、反応ガスボンベ１６１の圧力は、ボンベが満タン時には、一次圧（たとえば１００ＭＰａ）に圧縮されていることから、反応ガスボンベ１６１にレギュレータを設け、二次圧（たとえば５０〜３００ＫＰａ）とし、流量調節器１６２の動作圧力に減圧してガス流路１６５へ導く。第２ガス流路１６７ｂにニードルバルブを設け、減圧機１３へ排気する反応ガス流量を調節してもよい。
【００２０】
そして、反応ガス導入制御器１７は、後述するプログラマブル発信器２４にて生成されたパルス制御信号パターンを入力し、これを反応ガス導入機１６にて制御可能な所定電圧に昇圧した後、当該反応ガス導入機１６に出力することで、反応ガス導入機１６の第１開閉弁１６３と第２開閉弁１６４とを排他的に開閉制御する。これにより、成膜室１１へ導入される反応ガスの導入タイミングと導入量を高精度で制御する。なお、厳密にいえば、成膜室１１への反応ガスの導入量を反応ガス流量×導入時間とすると、反応ガスの流量制御は流量調節器１６２により制御され、導入時間は、プログラマブル発信器２４により制御される。ここで、「排他的に開閉制御する」とは、第１開閉弁１６３と第２開閉弁１６４の一方を開放する場合は他方を閉塞し、逆に一方を閉塞する場合は他方を開放する制御をいう。本例のように、反応ガスボンベ１６１から流量調節器１６２により一定量の反応ガスを供給した状態で、成膜室１１へ反応ガスを導入するタイミングでは、第１開閉弁１６３を開くとともに第２開閉弁１６４を閉じる一方、成膜室１１への反応ガスの供給を停止するタイミングでは、第１開閉弁１６３を閉じるとともに第２開閉弁１６４を開いて反応ガスを減圧機１３の排気系へ導く。こうすることで、成膜室１１への反応ガスのパルス的な導入／非導入を１００ｍｓｅｃ以下の高精度のタイミングで安定して制御することができる。
【００２１】
特に、第１開閉弁１６３と成膜室１１間の配管１６６ｂは、成膜時において常に減圧雰囲気となっている。これに対し、仮に第２開閉弁１６４を設けない構成とした場合、流量調節器１６２と第１開閉弁１６３との間の配管１６６ａは、第１開閉弁１６３が「閉」のときに反応ガスボンベ１６１の二次圧に戻ってしまい、反応ガス導入時において、当該配管１６６ａと成膜室１１との圧力差のため、成膜室１１に反応ガスが突入するという問題が生じる。このため、本例のように第２開閉弁１６４を設けることにより、第１開閉弁１６３が「閉」の場合でも、第２開閉弁１６４が「開」となることから、流量調節器１６２と第１開閉弁１６３との間の配管１６６ａの減圧状態が維持され、その結果、成膜室１１への突入ガスの発生を抑制することができる。
【００２２】
成膜物質として金属酸化膜や金属窒化膜をスパッタする場合には、酸素ガスや窒素ガスが反応ガス導入機１６から成膜室１１へ導入される。なお、必要に応じ、酸素ガス用と窒素ガス用に反応ガス導入系統を分けてもよく、反応性スパッタを行わない場合には、反応ガス導入制御器１７を制御して、反応ガス導入機１６による反応ガスの導入を停止すればよい。
【００２３】
直流電源２０は、本実施形態の反応性スパッタ装置１では一つだけ設けられている。直流電源２０は、ターゲットに１ｋＶ以下の直流電圧を印加して放電させるものであり、これにより電子を放出して陽イオン化したアルゴンガス（放電ガス）の一部が、ターゲットに衝突して当該ターゲット原子を叩き出し、これがターゲットの延伸方向にある基板Ｓに堆積する。なお、本実施形態の直流電源２０として、電力制御（ＣＰ）、電圧制御（ＣＶ）、電流（ＣＣ）がそれぞれ自動で切り替え制御できる電源であることが望ましい。
【００２４】
特に本実施形態の直流電源２０と第１スパッタ電極１８との間の電力供給線には、第１パルス波変換スイッチ２２が設けられ、直流電源２０と第２スパッタ電極１９との間の電力供給線には、第２パルス波変換スイッチ２３が設けられている。これら第１パルス波変換スイッチ２２と第２パルス波変換スイッチ２３は、直流電源２０に対して並列に接続されているので、それぞれ直流電源２０と同じ電圧が印加される。ただし、直流電源２０を電力制御する場合、ターゲットの種類によっては印加電圧が相違することもある。第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３は、直流電源２０からの直流電圧をパルス波電圧に変換するスイッチング素子などからなり、数ｋＶの高電圧に耐え得るスイッチング素子、たとえばＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ，ＳｉＣなどのパワートランジスタなどを用いることができる。
【００２５】
第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３は、プログラマブル発信器２４により、同期を保ちながらそれぞれ独立して制御される。すなわち、プログラマブル発信器２４は、第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９に供給するそれぞれのスパッタ目標電力値に応じたパルス制御信号のパターンを、第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３のそれぞれに出力し、ＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００２６】
図２Ｃは、プログラマブル発信器２４におけるスパッタマスクパルスの生成方法を示す図である。同図に示すように、第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３のそれぞれに出力されるスパッタマスクパルス（パルス制御信号のパターン）は、パルススパッタ周波数を表すベースパルスと、スパッタ時間周波数を表すマスクパルスとのスパッタマスクパルス（ベースパルスとマスクパルスのＡＮＤ条件，アウトプットパルス）にて定義されるように設定される。このとき、ベースパルス及びマスクパルスのそれぞれは、周波数、デューティ比、及び位相角を個々に設定可能とされ、同一のクロックを用いることでベースパルスとマスクパルスとの同期が図られている。２つのターゲットに同じターゲット材を使った場合に、一方ターゲットのベースマスクの位相角を１８０°進ませることにより、デュアルカソードとなる。また、１サイクル中のスパッタ時期は、マスクパルスの位相角を変更することで行う。同図に示すベースパルスは、たとえば周波数１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、デューティ比５０％、位相角０°に設定され、マスクパルスは、周波数０．５Ｈｚ〜１．０Ｈｚ、デューティ比５０％、位相角０°に設定された例を示す。なお、プログラマブル発信器２４のチャネル数は、出力先であるパルス波変換スイッチの数と、反応ガス導入制御器１７に含まれる出力先の機器の数との合計数以上の数だけ備えられている。また、プログマブル発信器２４は、１サイクル回数の繰り返し回数や、開始から終了までの時間も設定可能とされている。また後述する反応ガス導入機１６の第１開閉弁１６３及び第２開閉弁１６４に出力されるパルス信号は、マスクパルスのみで構成されている。
【００２７】
図２Ａは、図１Ａのプログラマブル発信器２４、第１パルス波変換スイッチ２２又は第２パルス波変換スイッチ２３により生成される電圧パルス波（マスクパルス）の一例を示す図である。たとえば、図２Ａに示すように、プログラマブル発信器２４は、第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３のそれぞれをＯＮ／ＯＦＦする周波数１／Ｔ及びデューティ比τ／Ｔを含む制御信号のパターンが任意にプログラム可能とされている。また、繰り返し波形によらずに時間軸上での波形作成ができることから、単発現象でのプログラムが可能とされる。また、プログラマブル発信器２４は、ユニットの内部周期の開始タイミングを調整する機能を備え、第１パルス波変換スイッチ２２へ出力する制御信号パターンと、第２パルス波変換スイッチ２３へ出力する制御信号パターンとは、同一のクロックから生成されるため、高精度な同期性が保たれている。
【００２８】
また、図１Ａに示すように、第１パルス波変換スイッチ２２の第１スパッタ電極１８側の回路及び第２パルス波変換スイッチ２３の第２スパッタ電極１９側の回路に、＋５０Ｖ程度（＋１００Ｖ以下であることが好ましい）のバイアス直流電源２１を接続してもよい。バイアス直流電源２１を接続した場合、スパッタ電圧を出力していないときは、バイアス電圧がターゲットに印可されることになる。図２Ｂは、バイアス直流電源２１を設けた場合における、図１Ａのプログラマブル発信器２４、第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３により生成される電圧パルス波（マスクパルス）の他例を示す図である。正のバイアス直流電源２１を設けることで、図２Ｂに示すように、第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３がＯＦＦ時には、第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９に反転電圧（＋の直流電圧）が印加されることになる。スパッタ処理においては、ターゲット内部の含有物又は表面に付着する不純物に局所的に＋電位が帯電し、−電位に印加されたターゲット又はスパッタ電極との間にアークが発生することがある。したがって、図２Ｂに示すように、第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３のＯＦＦ時に、反転電圧パルス波を発生させることで、こうした＋電位の帯電を能動的に除去（中和）することができ、アークの発生を抑制することができる。
【００２９】
図１Ａに戻り、装置制御器２５は、成膜制御器２６からの制御信号に基づいて、減圧機１３と、コンダクタンスバルブ１４と、放電ガス導入機１５と、反応ガス導入機１６とを制御し、プログラマブル発信器２４による反応ガス導入制御器１７の制御と相俟って、成膜室１１の排気、成膜室１１への放電ガス及び反応ガスの導入タイミングを制御する。具体的な使用例は後述するが、一例として、第１スパッタ電極１８及び／又は第２スパッタ電極１９に電力を供給している間は、放電ガス導入機１５から成膜室１１へアルゴンガスなどの不活性ガスが導入されるように放電ガス導入機１５を制御する一方、第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９のいずれか一方に電力を供給している間は、反応ガス導入制御器１７から成膜室１１へ反応ガスが導入されるように反応ガス導入機１６を制御する。
【００３０】
なお、図１Ａに示す実施形態では、基板Ｓの片面のみに対して２つのスパッタ電極１８，１９を設けたが、図１Ｃに示すように、基板ホルダ１２に、基板Ｓの表裏両面の成膜部分が露出するように当該基板Ｓを保持し、基板ホルダ１２の下側にも、先端面に成膜材料となる第３ターゲットＴ３が保持された第３スパッタ電極２７と、先端面に成膜材料となる第４ターゲットＴ４が保持された第４スパッタ電極２８とを、第３ターゲットＴ３及び第４ターゲットＴ４のそれぞれの表面が、基板ホルダ１２に保持された基板Ｓの裏面に対面するように設けてもよい。この場合、特に限定はされないが、図１Ｄに示すように、第１直流電源２０１と、第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９との間の電力供給線に第１パルス波変換スイッチ２２を設け、第２直流電源２０２と、第３スパッタ電極２７及び第４スパッタ電極２８との間の電力供給線に、第２パルス波変換スイッチ２３を設ける。そして、プログラマブル発信器２４は、第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９に供給するスパッタ目標電力値に応じたパルス制御信号のパターンを、第１パルス波変換スイッチ２２に出力し、第３スパッタ電極２７及び第４スパッタ電極２８に供給するスパッタ目標電力値に応じたパルス制御信号のパターンを、第２パルス波変換スイッチ２３に出力し、ＯＮ／ＯＦＦを制御するように構成してもよい。
【００３１】
なお、上述した各実施形態において、それぞれのスパッタ電極に設けられる各ターゲット（第１ターゲットＴ１，第２ターゲットＴ２，第３ターゲットＴ３及び第４ターゲットＴ４）は、それぞれ異なる成膜用材料であってもよいし、一部が異なる成膜材料であってもよいし、全てが同じ成膜材料であってもよい。なお、ターゲットが同じ成膜材料であっても、反応ガスの導入パターンを変更してもよい。
【００３２】
また、本発明に係る反応性スパッタ装置１は、図１Ａに示す一つの直流電源２０に限定されず、複数の直流電源２０を設けてもよい。図３Ａは、本発明に係る反応性スパッタ装置のさらに他の実施の形態の電気系統を示す要部ブロック図、図３Ｂは、本発明に係る反応性スパッタ装置のさらに他の実施の形態の電気系統を示す要部ブロック図である。図３Ａに示す実施形態は、２つのスパッタ電極（第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９）のそれぞれに対して第１直流電源２０１及び第２直流電源２０２を設けるとともに、２つのパルス波変換スイッチ（第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３）のそれぞれに対して第１バイアス直流電源２１１及び第２バイアス直流電源２１２を設けた例である。また、図３Ｂに示す実施形態は、２つのスパッタ電極（第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９）のそれぞれに対して第１直流電源２０１及び第２直流電源２０２を設ける一方、２つのパルス波変換スイッチ（第１パルス波変換スイッチ２２及び第２パルス波変換スイッチ２３）に対しては、一つのバイアス直流電源２１を設けた例である。
【００３３】
《反応性スパッタ装置を用いた成膜方法》
このような本実施形態の反応性スパッタ装置１を用いると、種々の成膜形態でのスパッタ処理が可能となる。特に複数の異種金属をターゲットとして金属酸化膜や金属窒化膜などの複合金属化合物膜、混合膜又は多層膜を形成する場合に、成膜速度の低下を可能な限り抑制しつつ成膜できる方法が可能となる。複合金属化合物膜及び混合膜を含めて金属化合物膜という。
【００３４】
図５は、所定の反応性スパッタ条件において、所定種の反応ガスの流量に対する成膜速度の特性プロファイルを示すグラフであり、第１ターゲットＴ１を実線で示し、これとは異なる材料の第２ターゲットＴ２の特性を点線で示す。反応ガス流量が相対的に少量である範囲は金属モードと称され、反応ガス流量が相対的に多量である範囲は酸化モード（反応ガスとして酸素を用いた場合を示す。以下、反応モードともいう。）と称され、これらの間は遷移モードと称される領域がある。第１ターゲットＴ１の反応ガス流量に対する成膜速度は、反応ガス流量が０から増加するにつれて徐々に減少したのち、範囲Ｒ（遷移モードの範囲近傍）において急激に減少し、その後は再び徐々に減少する。この第１ターゲットＴ１の反応ガス流量に対する成膜速度の変化率（プロファイルの傾き）の絶対値は、反応ガス流量が０から増加するにつれ徐々に大きくなり、範囲Ｒにおいて極大値を示したのち徐々に小さくなる。
【００３５】
これに対して、第２ターゲットＴ２の反応ガス流量に対する成膜速度は、反応ガス流量が０から増加するにつれて徐々に減少したのち、範囲Ｒ（遷移モードの範囲近傍）においてやや急激に減少し、その後は再び徐々に減少する。この第２ターゲットＴ２の反応ガス流量に対する成膜速度の変化率（プロファイルの傾き）の絶対値は、反応ガス流量が０から増加するにつれ徐々に大きくなり、範囲Ｒにおいて極大値を示したのち徐々に小さくなる。ただし、第２ターゲットＴ２の範囲Ｒにおける極大値は、第１ターゲットＴ１の極大値よりも小さい。すなわち、第２ターゲットＴ２の反応ガス流量に対する成膜速度の影響度は、第１ターゲットＴ１の反応ガス流量に対する成膜速度の影響度に比べて相対的に小さい。
【００３６】
そこで本発明者らは、反応ガスの流量に対する成膜速度の影響度が相対的に小さい（換言すれば鈍感である）第２ターゲットＴ２については、第２スパッタ電極１９に電圧を印加して第２ターゲットＴ２のスパッタ処理を実施すると同時に、反応ガスを成膜室１１に導入し、当該反応ガスをスパッタ電力によりラジカル化させる工程とすると、成膜速度の減少を最小限に抑制できると同時に、成膜室１１に導入された反応ガスを第２スパッタ電極１９によりラジカル化できる点に着目した。すなわち、反応ガスのラジカル電極を別途設けなくても、第２スパッタ電極１９をラジカル電極として共用することで反応ガスをラジカル化し、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に大きい（換言すれば敏感である）第１ターゲットＴ１については、成膜室１１に残留した反応ガスラジカルにより反応処理を行うことができる。以下、反応ガス流量に対する成膜速度の変化率の絶対値の極大値が相対的に大きいターゲットを第１ターゲットＴ１、相対的に小さいターゲットを第２ターゲットＴ２と称し、本実施形態の成膜方法を説明する。第１ターゲットＴ１としては、ジルコニウムＺｒ，チタンＴｉ，アルミニウムＡｌ、ニオブＮｂ、タンタルＴａ、などの金属が例示でき、第２ターゲットＴ２としては、イットリウムＹ、エルビウムＥｒ／イットリウムＹ又はシリコンＳｉなどの金属が例示できる。
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明に係る反応性スパッタ装置１を用いた成膜方法の例を示すタイムチャートであり、成膜工程の単位となる１周期（１サイクル）を示す。同図は、プログラマブル発信器２４にプログラムされたパルス制御信号パターン（図の縦軸はＯＮ／ＯＦＦを示し、横軸は時間を示す）であり、上図から順に、第１スパッタ電極１８に対する印加パルス（ＯＮ／ＯＦＦ）、第２スパッタ電極１９に対する印加パルス（ＯＮ／ＯＦＦ）、反応ガス導入制御器１７への印加パルス（ＯＮ／ＯＦＦ）、放電ガス導入機１５への印加パルス（ＯＮ／ＯＦＦ）をそれぞれ示す。いずれの成膜方法も、所望の反応ガスを反応ガス導入機１６から成膜室１１に導入することで、金属酸化膜や金属窒化膜などの金属化合物膜を形成する例である。以下、パルス制御信号パターンのうちスパッタ電極に印加する印加パルスをスパッタマスクパルスとも称する。
【００３８】
図４Ａ〜図４Ｇに示す成膜方法は、たとえば第１ターゲットＴ１としてジルコニウムＺｒ、第２ターゲットＴ２としてイットリウムＹ、反応ガスとして酸素をそれぞれ選択し、イットリア安定化ジルコニアＹＳＺ（ＺｒＯ２・Ｙ２Ｏ３）の金属化合物膜を形成する場合（以下に示す第１例〜第３例）、第１ターゲットＴ１としてシリコンＳｉ、第２ターゲットＴ２としてイットリウムＹ、反応ガスとして酸素をそれぞれ選択し、イットリウムシリケート（Ｙ２Ｏ３・ＳｉＯ２）の金属化合物膜を形成する場合（以下に示す第４例〜第７例）、第１ターゲットＴ１としてシリコンＳｉ、第２ターゲットＴ２としてエルビウムＥｒ／イットリウムＹ、反応ガスとして酸素をそれぞれ選択し、エルビウムイットリウムシリケート（ＥｒｘＹ２−ｘＳｉＯ２）の金属化合物膜を形成する場合（以下に示す第４例〜第７例）などに適用することができる。
【００３９】
《第１例》
図４Ａに示す成膜方法は、成膜室１１に不活性ガスなどの放電ガスを導入した状態で、第１ターゲットＴ１（たとえばジルコニアＺｒ）が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ１のスパッタマスクパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。次いで、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ２のスパッタマスクパルスを印加して第２ターゲットＴ２（たとえばイットリウムＹ）による超薄膜を形成すると同時に、反応ガス（たとえば酸素Ｏ２）を成膜室１１に導入する。すなわち、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に敏感である第１ターゲットＴ１をスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室１１に導入せず、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に鈍感で成膜速度が得られる第２ターゲットＴ２をスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室１１に導入する。
【００４０】
これにより、成膜室１１に導入された反応ガスは、第２スパッタ電極１９の電界によりラジカル化し、基板Ｓに形成された第１ターゲットＴ１の超薄膜と第２ターゲットＴ２の超薄膜とを同時に反応ガスと反応させる。そして、目標とする膜厚になるまで、このサイクルを繰り返す。この場合、第１スパッタ電極１８に供給する電力と第２スパッタ電極１９に供給する電力を同じ値に設定してもよいし、第１スパッタ電極１８と第２スパッタ電極１９とに供給する電力を異なる値に設定してもよい。
【００４１】
図６は、図４Ａに示す成膜方法にて処理した場合の第１ターゲットＴ１の材料飛翔量の一例を示すグラフである。図６の時間ｔ１から時間ｔ３が、図４Ａの所定時間幅Ｐｔ１の印加時間に相当し、図６の時間ｔ３から時間ｔ５が、図４Ａの所定時間幅Ｐｔ２の印加時間に相当する。図６に示すように、第１ターゲットＴ１に電圧を印加した初期の時間ｔ１〜ｔ２においては、金属モードに遷移して当該第１ターゲットＴ１の材料の飛翔量が増加し、時間ｔ２〜ｔ３において第１ターゲットＴ１の材料の飛翔量が最大となる。時間ｔ３にて第１ターゲットＴ１への電圧の印加を停止する一方で反応ガスを導入すると、時間ｔ３〜ｔ４において、第１ターゲットＴ１の表面で反応ガスとの反応が生じ、反応モードに遷移することで当該第１ターゲットＴ１の材料の飛翔量は急激に減少する。この時間ｔ４〜ｔ５の間に第２ターゲットＴ２に電圧が印加されるので、導入された反応ガスがラジカル化され、基板Ｓに堆積した不完全金属超薄膜と反応ガスラジカルとの反応が生じる。
【００４２】
これにより、含有比率（イットリア安定化ジルコニアＹＳＺ（ＺｒＯ２・Ｙ２Ｏ３）を成膜する場合、ジルコニアＺｒ：イットリウムＹ＝９：１）の高い第１ターゲットＴ１を金属モードによる高い成膜速度に維持しつつ、第２ターゲットＴ２の成膜時に第１ターゲットＴ１の不完全金属超薄膜を、反応性が高い反応ガスラジカルと同時に反応させることができる。これにより、高い成膜速度での反応性スパッタリングを実施することができる。また、反応ガスのラジカル電極は、第２スパッタ電極１９と共用しているので、反応に要する時間を削減できとともに別途のラジカル電極を設ける必要はなく、装置費用の増加や装置の大型化を抑制することができる。
【００４３】
なお、図４Ａの第２スパッタ電極１９に対する所定時間幅Ｐｔ２の印加時間と、反応ガス導入制御器１７に対する印加時間は、同じ時間であることが望ましいが、少なくとも重複している時間があればよい。
【００４４】
《第２例》
図４Ｂに示す成膜方法は、成膜室１１に不活性ガスなどの放電ガスを導入した状態で、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ２のスパッタマスクパルスを印加して第２ターゲットＴ２（たとえばイットリウムＹ）による超薄膜を形成すると同時に、反応ガス（たとえば酸素Ｏ２）を成膜室１１に導入する。次いで、第１ターゲットＴ１（たとえばジルコニアＺｒ）が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ１のスパッタマスクパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。すなわち、この成膜方法においても、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に敏感である第１ターゲットＴ１をスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室１１に導入せず、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に鈍感である第２ターゲットＴ２をスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室１１に導入する。
【００４５】
これにより、成膜室１１に導入された反応ガスは、第２スパッタ電極１９の電界によりラジカル化し、基板Ｓに形成された第１ターゲットＴ１及び第２ターゲットＴ２の超薄膜を反応ガスと反応させる。そして、目標とする膜厚になるまで、このサイクルを繰り返す。この場合、第１スパッタ電極１８に供給する電力と第２スパッタ電極１９に供給する電力を同じ値に設定してもよいし、第１スパッタ電極１８と第２スパッタ電極１９とに供給する電力を異なる値に設定してもよい。また、図４Ｂの第２スパッタ電極１９に対する所定時間幅Ｐｔ２の印加時間と、反応ガス導入制御器１７に対する印加時間は、同じ時間であることが望ましいが、少なくとも重複している時間があればよい。
【００４６】
《第３例》
図４Ｃに示す成膜方法は、成膜室１１に不活性ガスなどの放電ガスを導入した状態で、第１ターゲットＴ１（たとえばジルコニアＺｒ）が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ１のスパッタマスクパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。次いで、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ２のスパッタマスクパルスを印加して第２ターゲットＴ２（たとえばイットリウムＹ）による超薄膜を形成する。これら所定時間幅Ｐｔ１，Ｐｔ２のパルスを印加する間は、反応ガスを成膜室１１に導入せず、金属モードによるスパッタ処理を行う。次いで、第１ターゲットＴ１が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ３のパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。次いで、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ４のパルスを印加して第２ターゲットＴ２による超薄膜を形成すると同時に、反応ガス（たとえば酸素Ｏ２）を成膜室１１に導入する。すなわち、この成膜方法においても、少なくとも反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に敏感である第１ターゲットＴ１をスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室１１に導入しない。
【００４７】
これにより、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ４のパルスを印加すると同時に成膜室１１に導入された反応ガスは、当該第２スパッタ電極１９の電界によりラジカル化し、基板Ｓに形成された第１ターゲットＴ１及び第２ターゲットＴ２の超薄膜を反応ガスと反応させる。そして、目標とする膜厚になるまで、このサイクルを繰り返す。この場合、第１スパッタ電極１８に供給する電力と第２スパッタ電極１９に供給する電力を同じ値に設定してもよいし、第１スパッタ電極１８と第２スパッタ電極１９とに供給する電力を異なる値に設定してもよい。また、図４Ｃの第２スパッタ電極１９に対する所定時間幅Ｐｔ４の印加時間と、反応ガス導入制御器１７に対する印加時間は、同じ時間であることが望ましいが、少なくとも重複している時間があればよい。
【００４８】
以上のとおり、本実施形態の反応性スパッタ装置１によれば、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に敏感である第１ターゲットＴ１をスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室１１に導入せず、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に鈍感である第２ターゲットＴ２をスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室１１に導入する。これにより、第１ターゲットＴ１の成膜速度を金属モードによる高い速度に維持しつつ、第２ターゲットＴ２の成膜時に第１ターゲットＴ１の超薄膜を反応ガスと反応させることができる。また、反応ガスのラジカル電極は、第２スパッタ電極１９と共用しているので、別途のラジカル電極を設ける必要はなく、装置費用の増加や装置の大型化を抑制することができる。
【００４９】
上述したように、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に敏感であるジルコニウムＺｒ，チタンＴｉ，アルミニウムＡｌ、ニオブＮＢ、タンタルＴａなどの金属ターゲットを一方のターゲットとして用いる場合は、第１例〜第３例のように成膜することが望ましいが、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に鈍感であるイットリウムＹ、エルビウムＥｒ／イットリウムＹ又はシリコンＳｉなどの金属ターゲット同士を用いて成膜する場合には、以下の方法で行ってもよい。たとえば、第１ターゲットＴ１としてシリコンＳｉ、第２ターゲットＴ２としてイットリウムＹ、反応ガスとして酸素をそれぞれ選択し、イットリウムシリケート（Ｙ２Ｏ３・ＳｉＯ２）の金属化合物膜を形成する場合や、第１ターゲットＴ１としてシリコンＳｉ、第２ターゲットＴ２としてエルビウムＥｒ／イットリウムＹ、反応ガスとして酸素をそれぞれ選択し、エルビウムイットリウムシリケート（ＥｒｘＹ２−ｘＳｉＯ２）の金属化合物膜を形成する場合などである。
【００５０】
《第４例》
図４Ｄに示す成膜方法は、成膜室１１に不活性ガスなどの放電ガスを導入した状態で、第１ターゲットＴ１（たとえばシリコンＳｉ）が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ１のスパッタマスクパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。次いで、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ２のスパッタマスクパルスを印加して第２ターゲットＴ２（たとえばイットリウムＹ又はエルビウムＥｒ／イットリウムＹ）による超薄膜を形成する。これら所定時間幅Ｐｔ１，Ｐｔ２のパルスを印加する間は、反応ガスを成膜室１１に導入せず、金属モードによるスパッタ処理を行う。反応ガスを導入しないスパッタ処理をすることにより、ターゲット表面にある酸化物を一度スパッタで除去する時間を設け、ターゲット表面に金属面を取り戻す再生を行う。このサイクルを繰り返すことにより、金属モードでの高い成膜速度を取り戻すことができる。次いで、第１ターゲットＴ１が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ３のパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。次いで、同じく反応ガス（たとえば酸素Ｏ２）を成膜室１１に導入した状態で、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ４のパルスを印加して第２ターゲットＴ２による超薄膜を形成する。
【００５１】
すなわち、この成膜方法においては、第１ターゲットＴ１及び第２ターゲットＴ２共に、反応ガス流量に対する成膜速度の影響度が相対的に鈍感であるといえども、図５の点線で示すように、金属モードと酸化モードとを比べると、酸化モードにおける成膜速度は相対的に遅くなる。このため、成膜の１サイクルの前半の、第１ターゲットＴ１及び第２ターゲットＴ２をスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室１１に導入しないで、金属モードにてスパッタ処理を行い、これにより成膜速度を確保する。一方において、成膜の１サイクルの後半の、第１ターゲットＴ１及び第２ターゲットＴ２をスパッタ処理するタイミングでは、反応ガスを成膜室１１に導入して、酸化モードにてスパッタ処理を行い、これにより成膜室１１に導入された反応ガスを、第１スパッタ電極１８及び第２スパッタ電極１９の電界によりラジカル化し、基板Ｓに形成された第１ターゲットＴ１の超薄膜と第２ターゲットＴ２の超薄膜とを同時に反応ガスと反応させる。そして、目標とする膜厚になるまで、このサイクルを繰り返す。この場合、第１スパッタ電極１８に供給する電力と第２スパッタ電極１９に供給する電力を同じ値に設定してもよいし、第１スパッタ電極１８と第２スパッタ電極１９とに供給する電力を異なる値に設定してもよい。
【００５２】
《第５例》
図４Ｅに示す成膜方法は、図４Ｄに示す成膜方法の変形例である。すなわち、図４Ｅに示す成膜方法は、成膜室１１に不活性ガスなどの放電ガスを導入した状態で、第１ターゲットＴ１（たとえばシリコンＳｉ）が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ１のスパッタマスクパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。次いで、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ２のスパッタマスクパルスを印加して第２ターゲットＴ２（たとえばイットリウムＹ又はエルビウムＥｒ／イットリウムＹ）による超薄膜を形成する。これら所定時間幅Ｐｔ１，Ｐｔ２のパルスを印加する間は、反応ガスを成膜室１１に導入し、酸化モードによるスパッタ処理を行う。次いで、反応ガスの成膜室１１への導入を停止し、第１ターゲットＴ１が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ３のパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。次いで、同じく反応ガス（たとえば酸素Ｏ２）を成膜室１１に導入しない状態で、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ４のパルスを印加して第２ターゲットＴ２による超薄膜を形成する。この成膜方法によっても、図４Ｄに示す成膜方法と同様の作用効果を奏する。
【００５３】
《第６例》
図４Ｆに示す成膜方法は、図４Ｄに示す成膜方法の変形例である。すなわち、図４Ｆに示す成膜方法は、成膜室１１に不活性ガスなどの放電ガスを導入した状態で、第１ターゲットＴ１（たとえばシリコンＳｉ）が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ１のスパッタマスクパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。この所定時間幅Ｐｔ１のパルスを印加する間は、反応ガスを成膜室１１に導入しないで、金属モードによるスパッタ処理を行う。次いで、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ２のスパッタマスクパルスを印加して第２ターゲットＴ２（たとえばイットリウムＹ又はエルビウムＥｒ／イットリウムＹ）による超薄膜を形成する。この所定時間幅Ｐｔ２のパルスを印加する間は、反応ガスを成膜室１１に導入し、酸化モードによるスパッタ処理を行う。次いで、反応ガスの成膜室１１への導入を継続し、第１ターゲットＴ１が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ３のパルスを印加し、酸化モードにて第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。次いで、反応ガス（たとえば酸素Ｏ２）を成膜室１１に導入しない状態で、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ４のパルスを印加し、金属モードにて第２ターゲットＴ２による超薄膜を形成する。この成膜方法によっても、図４Ｄに示す成膜方法と同様の作用効果を奏する。
【００５４】
《第７例》
図４Ｇに示す成膜方法は、図４Ｄに示す成膜方法の変形例である。すなわち、図４Ｇに示す成膜方法は、成膜室１１に不活性ガスなどの放電ガスを導入した状態で、第１ターゲットＴ１（たとえばシリコンＳｉ）が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ１のスパッタマスクパルスを印加して第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。この所定時間幅Ｐｔ１のパルスを印加する間は、反応ガスを成膜室１１に導入し、酸化モードによるスパッタ処理を行う。次いで、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ２のスパッタマスクパルスを印加して第２ターゲットＴ２（たとえばイットリウムＹ又はエルビウムＥｒ／イットリウムＹ）による超薄膜を形成する。この所定時間幅Ｐｔ２のパルスを印加する間は、反応ガスを成膜室１１に導入しないで、金属モードによるスパッタ処理を行う。次いで、反応ガスを成膜室１１へ導入しないで、第１ターゲットＴ１が装着された第１スパッタ電極１８に対して所定時間幅Ｐｔ３のパルスを印加し、金属モードにて第１ターゲットＴ１による超薄膜を形成する。次いで、反応ガス（たとえば酸素Ｏ２）を成膜室１１に導入し、第２スパッタ電極１９に対して所定時間幅Ｐｔ４のパルスを印加し、酸化モードにて第２ターゲットＴ２による超薄膜を形成する。この成膜方法によっても、図４Ｄに示す成膜方法と同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００５５】
１…反応性スパッタ装置
１１…成膜室
１２…基板ホルダ
１３…減圧機
１４…コンダクタンスバルブ
１５…放電ガス導入機
１６…反応ガス導入機
１６１…反応ガスボンベ
１６２…流量調節器
１６３…第１開閉弁
１６４…第２開閉弁
１６５…ガス流路
１６６…第１ガス流路
１６７…第２ガス流路
１７…反応ガス導入制御器
１８…第１スパッタ電極
１９…第２スパッタ電極
２０…直流電源
２０１…第１直流電源
２０２…第２直流電源
２１…バイアス直流電源
２１１…第１バイアス直流電源
２１２…第２バイアス直流電源
２２…第１パルス波変換スイッチ
２３…第２パルス波変換スイッチ
２４…プログラマブル発信器
２５…装置制御器
２６…成膜制御器
２７…第３スパッタ電極
２８…第４スパッタ電極
Ｔ１…第１ターゲット
Ｔ２…第２ターゲット
Ｔ３…第３ターゲット
Ｔ４…第４ターゲット
Ｓ…基板
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【図６】
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