(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内で、スパッタリングにより基板上に金属化合物の薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記真空槽内に、
金属あるいは導電性がある金属化合物からなるターゲットと、
該ターゲットと相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けられ、反応性ガスの活性種を生成する活性種源と、を備え、
前記活性種源は、前記反応性ガスを供給するガス源と、エネルギーを前記真空槽内に供給して、前記反応性ガスを、プラズマ状態に励起するエネルギー源と、を備え、
前記ターゲットは、前記基板に対向して配置され、
前記エネルギー源は、前記真空槽との間に、前記エネルギーを前記真空槽内に供給するための誘電体窓を備え、
該誘電体窓は、前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で前記ターゲット側に傾斜するように、配置されることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記誘電体窓は、前記基板の搬送方向に対して垂直な方向で前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で、前記ターゲット側に傾斜するように配置されることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記真空槽内で前記基板を搬送する基板搬送手段を備え、
前記ターゲットの前記基板の搬送方向の上流側及び下流側のうち少なくとも一方に、前記活性種源を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記真空槽内で前記基板を搬送する基板搬送手段を備え、
前記ターゲットの前記基板の搬送方向の上流側及び下流側に、前記活性種源を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記ターゲットに向けて導入されるスパッタガスの流量を制御するスパッタガスコントローラと、前記反応性ガスの流量を制御する反応性ガスコントローラとが、相互に独立して設けられ、
成膜レートを光学的に検出する検出部を備え、
該検出部からの信号を受信して、少なくとも、前記スパッタリングの電源及び前記スパッタガスコントローラと、前記活性種源の電源及び前記反応性ガスコントローラと、を独立制御することにより、前記成膜レートを制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記エネルギー源は、前記誘電体窓を通して誘導結合や表面波によりプラズマを生成するプラズマ源であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記活性種源は、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）ラジカル源であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記薄膜形成装置は、前記ターゲットと、該ターゲットの前記基板の搬送方向の上流側及び下流側のうち少なくとも一方に設けられた前記活性種源と、を含む成膜ステーションを、複数備えたインライン型のスパッタリング装置からなることを特徴とする請求項３記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
前記成膜ステーションは、成膜レートを光学的に検出する検出部を備え、
前記成膜レートの検出部からの信号を受信して、該当する前記成膜ステーション毎の成膜レートを制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項８記載の薄膜形成装置。
【請求項１０】
前記真空槽内で、前記ターゲットをスパッタし、該スパッタにより、前記ターゲットから完全化合物ではない粒子を基板に向かって飛散させるスパッタ手段と、
前記真空槽内で、前記粒子に、前記活性種源により生成された反応性ガスの活性種を接触させることにより、金属の完全化合物に変換する組成変換手段と、を備え、前記基板上に前記金属の完全化合物からなる薄膜を形成可能であることを特徴とする請求項１乃至９いずれか記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】
スパッタリングにより基板上に金属化合物の薄膜を形成するスパッタリングカソードであって、
金属あるいは導電性がある金属化合物からなるターゲットと、
該ターゲットと相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けられ、反応性ガスの活性種を生成する活性種源と、を備え、
前記活性種源は、前記反応性ガスを供給するガス源と、エネルギーを前記真空槽内に供給して、前記反応性ガスを、プラズマ状態に励起するエネルギー源と、を備え、
前記ターゲットは、前記基板に対向して配置され、
前記エネルギー源は、前記エネルギーを前記エネルギー源外部に供給するための誘電体窓を備え、
該誘電体窓は、前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で前記ターゲット側に傾斜するように、配置されることを特徴とするスパッタリングカソード。
【請求項１２】
前記誘電体窓は、前記基板の搬送方向に対して垂直な方向で前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で、前記ターゲット側に傾斜するように配置され、
エロージョンが発生する前記ターゲットのスパッタ面と前記活性種源とが前記基板に対向し、前記活性種源が、前記ターゲットの前記基板の搬送方向の上流側及び下流側のうち少なくとも一方に位置するよう、前記ターゲットと前記活性種源とが、真空槽の同一空間内に並置されていることを特徴とする請求項１１記載のスパッタリングカソード。
【請求項１３】
真空槽内で、前記基板に対向して配置された、金属あるいは導電性がある金属化合物からなるターゲットをスパッタし、該スパッタにより、前記ターゲットから完全化合物ではない粒子を前記基板に向かって飛散させるスパッタ工程と、
前記真空槽内で、前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で前記ターゲット側に傾斜してエネルギーを前記真空槽内に供給するための誘電体窓を備え、電磁気的及び圧力的に前記ターゲットと相互に影響しあうように設けられた反応性ガスの活性種を生成する活性種源により生成された反応性ガスの活性種を、前記粒子に接触させることにより、金属の完全化合物に変換する組成変換工程と、を備えることにより、前記基板上に前記金属の完全化合物からなる薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項１４】
前記誘電体窓は、前記基板の搬送方向に対して垂直な方向で前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で、前記ターゲット側に傾斜するように配置されており、
前記組成変換工程の後で、前記スパッタ工程及び前記組成変換工程を、並行して複数回繰り返す繰返し成膜工程を行うことを特徴とする請求項１３記載の薄膜形成方法。
【請求項１５】
前記スパッタ工程の前に、前記ターゲットと、該ターゲットの前記基板の搬送方向の上流側及び下流側のうち少なくとも一方に設けられた前記活性種源と、を含む成膜ステーションを、複数備えたインライン型の薄膜形成装置に、前記基板を導入する工程を行い、
前記スパッタ工程と、前記組成変換工程と、前記繰返し成膜工程とを、前記成膜ステーション内で、前記基板を一定の速度で搬送しながら行うステーション内成膜工程を行い、
前記基板を、前記基板の搬送方向の前記下流側の前記成膜ステーションに搬送する搬送工程を行い、
前記ステーション内成膜工程と前記搬送工程を繰り返す複数ステーション成膜工程を行い、
前記基板の搬送方向の最も下流にある前記成膜ステーションで、前記ステーション内成膜工程を行った後、前記基板を大気中に排出する工程を行うことを特徴とする請求項１３又は１４記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置，スパッタリングカソード及び薄膜形成方法に係り、特に、基板に高い成膜レートで光学多層膜を形成できる薄膜形成装置，スパッタリングカソード及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタにより、金属化合物薄膜を形成する方法として、高周波電源を用いて、金属化合物ターゲットまたは金属ターゲットに、反応性ガスを導入して、反応性スパッタリングにより薄膜形成するＲＦ反応性スパッタリング法や、直流電源を用いて、金属化合物ターゲットまたは金属ターゲットに、反応性ガスを導入して、反応性スパッタリングにより薄膜形成するＤＣ反応性スパッタリング法等が知られている。
ここで、図８に、反応性ガス流量／全ガス流量比と成膜レート（薄膜の形成速度）との関係を示す。ここで、反応性ガス流量及び全ガス流量は、ターゲット付近におけるガス流量をいう。図８において、反応性ガス流量比率の低い領域は、反応性ガス流量が０の場合と略同じ成膜レートとなる金属モードＡの領域である。金属モードの領域では、成膜レートは、反応性ガス流量値の変動に対して鈍感である。【０００３】
反応性ガス流量比率が金属モードより高い領域では、反応性ガス流量比率の上昇により急激に成膜レートが低下する遷移領域モードＢとなり、更に反応性ガス流量比率が増加すると、成膜レートが低い値で安定し、反応性ガス流量値の変動に対して鈍感な反応性モードＣの領域となる。
上記ＲＦ反応性スパッタリング法や、ＤＣ反応性スパッタリング法は、図８のグラフの反応性モードＣの領域でスパッタが行われ、反応性ガスを導入せずに金属薄膜を成膜する場合と対比すると、１／５〜１／１０程度の成膜レートとなる。【０００４】
このような、ＲＦ反応性スパッタリング法や、ＤＣ反応性スパッタリング法における成膜レートの低さを解消しつつ、高品質な光学多層膜の形成技術として、真空容器内にラジカル源を設け、金属ターゲットからのスパッタ粒子或いは基板上の堆積物をラジカルにより酸化等することで金属化合物を形成するスパッタ方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１記載のスパッタ方法では、真空容器内の成膜エリアと反応エリアとを空間的，圧力的に分離し、成膜エリアで金属ターゲットからのスパッタリングを行った後、形成された金属薄膜に、反応エリアで反応性ガスの活性種を接触させて、金属化合物の薄膜を形成する。
特許文献１記載のスパッタ方法によれば、図８の反応性モードＣではなく、金属モードＡで行うため、高成膜レートでの光学多層膜の形成が可能である。【０００５】
しかし、この特許文献１のスパッタ方法によれば、スパッタする成膜エリアとラジカルによる酸化，窒化を行う反応エリアを空間的に分離する必要があり、かつ基板の高速回転が必要なため、装置の形式はカルーセル型の回転ドラム式に限られる。従って、基板対向型やインライン型の装置には適用できなかった。そのため、搭載できる基板サイズは小型に限定されてしまい、大判基板への成膜は困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２３４３３８（段落００６７〜００７２，図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、大判基板に高い成膜レートで光学多層膜を形成できる薄膜形成装置，スパッタリングカソード及び薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、真空槽内におけるターゲットと活性種源の配置について鋭意検討を行った結果、驚くべきことに、反応性ガスをプラズマ状態に励起するエネルギー源を所定の配置とすることにより、ターゲットと活性種源とを空間的及び圧力的に分離せず、相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けても、反応性モードでなく金属モード又は遷移領域モードによるスパッタリングで金属化合物薄膜を成膜できることを見出し、本発明に至った。【０００９】
即ち、前記課題は、請求項１の発明によれば、真空槽内で、スパッタリングにより基板上に金属化合物の薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記真空槽内に、金属あるいは導電性がある金属化合物からなるターゲットと、該ターゲットと相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けられ、反応性ガスの活性種を生成する活性種源と、を備え、前記活性種源は、前記反応性ガスを供給するガス源と、エネルギーを前記真空槽内に供給して、前記反応性ガスを、プラズマ状態に励起するエネルギー源と、を備え、前記ターゲットは、前記基板に対向して配置され、前記エネルギー源は、前記真空槽との間に、前記エネルギーを前記真空槽内に供給するための誘電体窓を備え、該誘電体窓は、前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で前記ターゲット側に傾斜するように、配置されること、により解決される。
【００１０】
反応性ガスを導入しながら金属等のターゲットをスパッタリングする従来の反応性スパッタリングでは、反応性ガスの導入量を増加させると、ターゲット表面に金属化合物が形成されるために、成膜レートの低い反応性モードでの成膜になるのに対し、本発明の薄膜形成方法では、金属化合物を、反応性モードでなく金属モード又は遷移領域モードによるスパッタリングで成膜できるため、高い成膜レートで光学多層膜を形成できる。
つまり、ターゲットと相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けられた活性種源を備えているため、ターゲットに電圧を印加することにより発生するプラズマと、活性種源によって発生するプラズマとの相互作用により、ターゲットと基板の間の領域におけるプラズマ密度が高くなる。その結果、ターゲット周辺のＡｒ+等のスパッタガス活性種の量が増え、スパッタ効率が向上する。【００１１】
また、スパッタ効率が向上するため、ターゲット表面に金属化合物が形成される前にターゲット表面から金属あるいは導電性がある金属化合物がはじき出される。従って、ターゲット表面への金属化合物の形成が抑制され、成膜レートの低下が防止される。
更に、反応性ガスの活性種を活性種源で生成するため、少ない反応性ガス量でも高い反応率を得ることができる。その結果、反応性ガスの導入量を減らしても、ターゲットからはじき出された完全化合物でない粒子、及びこの粒子が基板上に堆積することによって形成された完全化合物ではない薄膜形成物を、十分反応させることができる。従って、金属モード又は遷移領域モードで金属化合物薄膜を生成することができる。【００１２】
また、エネルギー源は、真空槽との間に、エネルギーを真空槽内に供給するための誘電体窓を備え、誘電体窓は、エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度でターゲット側に傾斜するように、配置される。そのため、金属あるいは導電性がある金属化合物ターゲットをスパッタして、ターゲットからはじき出された完全化合物でない粒子を基板方向に飛散させながら、この完全化合物でない粒子が基板上に堆積して形成された完全化合物でない薄膜形成物の金属の完全化合物への変換とを、同時に行うことができる。その結果、ターゲットと活性種源との空間的及び圧力的な分離が不要となり、相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けることが可能となる。
このとき、前記誘電体窓は、前記基板の搬送方向に対して垂直な方向で前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で、前記ターゲット側に傾斜するように配置されていてもよい。
【００１３】
このとき、前記真空槽内で前記基板を搬送する基板搬送手段を備え、前記ターゲットの前記基板の搬送方向の上流側及び下流側のうち少なくとも一方に、前記活性種源を備えていてもよい。
このように、ターゲットの上流側及び下流側のうち少なくとも一方に活性種源を備えるため、金属ターゲットをスパッタして、ターゲットからはじき出された完全化合物でない粒子を基板方向に飛散させながら、この完全化合物でない粒子が基板上に堆積して形成された完全化合物でない薄膜形成物の金属の完全化合物への変換とを、同時に行うことができ、ターゲットと活性種源との空間的及び圧力的な分離が不要となり、相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けることが可能となる。
このとき、前記真空槽内で前記基板を搬送する基板搬送手段を備え、前記ターゲットの前記基板の搬送方向の上流側及び下流側に、前記活性種源を備えていてもよい。
また、前記ターゲットに向けて導入されるスパッタガスの流量を制御するスパッタガスコントローラと、前記反応性ガスの流量を制御する反応性ガスコントローラとが、相互に独立して設けられ、成膜レートを光学的に検出する検出部を備え、該検出部からの信号を受信して、少なくとも、前記スパッタリングの電源及び前記スパッタガスコントローラと、前記活性種源の電源及び前記反応性ガスコントローラと、を独立制御することにより、前記成膜レートを制御する制御装置を備えていてもよい。
【００１４】
このとき、前記エネルギー源は、前記誘電体窓を通して誘導結合や表面波によりプラズマを生成するプラズマ源であってもよい。
このように構成しているため、ラジカル源の基板及びターゲットに対する位置関係を適宜選択することが可能となり、最適な条件で成膜可能な薄膜形成装置を容易に構成可能となる。【００１５】
このとき、前記活性種源は、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）ラジカル源であってもよい。
このように構成しているため、低圧力で高密度の大口径プラズマにより、高い成膜レートを達成可能となる。【００１６】
このとき、前記薄膜形成装置は、前記ターゲットと、該ターゲットの前記基板搬送方向の上流側及び下流側のうち少なくとも一方に設けられた前記活性種源と、を含む成膜ステーションを、複数備えたインライン型のスパッタリング装置からなるようにしてもよい。
このように構成しているため、金属モード又は遷移領域モードでスパッタしながら高い成膜レートで金属化合物薄膜を形成する装置を、従来のようなカルーセル型として構成する必要がない。その結果、基板の形状及び大きさに制約がなくなり、大型基板への高い成膜レートでの金属化合物薄膜の成膜が可能となる。【００１７】
このとき、前記成膜ステーションは、成膜レートを光学的に検出する検出部を備え、前記成膜レートの検出部からの信号を受信して、該当する前記成膜ステーション毎の成膜レートを制御する制御装置を備えていてもよい。
このように構成しているため、スパッタの電源及びガス流量と、活性種源の電源及びガス流量を独立制御するなどの方法により、成膜レートのフィードバック制御が可能となる。【００１８】
このとき、前記真空槽内で、前記ターゲットをスパッタし、該スパッタにより、前記ターゲットから完全化合物ではない粒子を基板に向かって飛散させるスパッタ手段と、前記真空槽内で、前記粒子に、前記活性種源により生成された反応性ガスの活性種を接触させることにより、金属の完全化合物に変換する組成変換手段と、を備え、前記基板上に前記金属の完全化合物からなる薄膜を形成可能であるとよい。
このように構成しているので、ターゲットと活性種源とを相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けることができ、活性種源とターゲットとを空間的及び圧力的に分離する必要がなくなるため、単純な構成の薄膜形成装置とすることが可能となる。【００１９】
前記課題は、請求項１１の発明によれば、スパッタリングにより基板上に金属化合物の薄膜を形成するスパッタリングカソードであって、金属あるいは導電性がある金属化合物からなるターゲットと、該ターゲットと相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けられ、反応性ガスの活性種を生成する活性種源と、を備え、前記活性種源は、前記反応性ガスを供給するガス源と、エネルギーを前記真空槽内に供給して、前記反応性ガスを、プラズマ状態に励起するエネルギー源と、を備え、前記ターゲットは、前記基板に対向して配置され、前記エネルギー源は、前記エネルギーを前記エネルギー源外部に供給するための誘電体窓を備え、該誘電体窓は、前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で前記ターゲット側に傾斜するように、配置されること、により解決される。
【００２０】
反応性ガスを導入しながら金属等のターゲットをスパッタリングする従来の反応性スパッタリングでは、反応性ガスの導入量を増加させると、ターゲット表面に金属化合物が形成されるために、成膜レートの低い反応性モードでの成膜になるのに対し、本発明の薄膜形成方法では、金属化合物を、反応性モードでなく金属モード又は遷移領域モードによるスパッタリングで成膜できるため、高い成膜レートで光学多層膜を形成できる。
つまり、ターゲットと相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けられた活性種源を備えているため、ターゲットに電圧を印加することにより発生するプラズマと、活性種源によって発生するプラズマとの相互作用により、ターゲットと基板の間の領域におけるプラズマ密度が高くなる。その結果、ターゲット周辺のＡｒ+等のスパッタガス活性種の量が増え、スパッタ効率が向上する。【００２１】
また、スパッタ効率が向上するため、ターゲット表面に金属化合物が形成される前にターゲット表面から金属あるいは導電性がある金属化合物がはじき出される。従って、ターゲット表面への金属化合物の形成が抑制され、成膜レートの低下が防止される。
更に、反応性ガスの活性種を活性種源で生成するため、少ない反応性ガス量でも高い反応率を得ることができる。その結果、反応性ガスの導入量を減らしても、はじき出された完全化合物でない粒子及びこの粒子が基板上に堆積した完全化合物ではない薄膜形成物を十分反応させることができるので、金属モード又は遷移領域モードで金属化合物薄膜を生成することができる。【００２２】
このとき、前記誘電体窓は、前記基板の搬送方向に対して垂直な方向で前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で、前記ターゲット側に傾斜するように配置され、エロージョンが発生する前記ターゲットのスパッタ面と前記活性種源とが前記基板に対向し、前記活性種源が、前記ターゲットの前記基板搬送方向の上流側及び下流側のうち少なくとも一方に位置するよう、前記ターゲットと前記活性種源とが、真空槽の同一空間内に並置されていてもよい。
このように構成されているので、ターゲットに電圧を印加することにより発生するプラズマと、活性種源によって発生するプラズマとの相互作用により、ターゲットと基板との間の領域におけるプラズマ密度を高くして、ターゲット周辺のＡｒ+の量を増加させ、スパッタ効率を向上させることが可能となる。
【００２３】
前記課題は、請求項１３の発明によれば、真空槽内で、前記基板に対向して配置された、金属あるいは導電性がある金属化合物からなるターゲットをスパッタし、該スパッタにより、前記ターゲットから完全化合物ではない粒子を前記基板に向かって飛散させるスパッタ工程と、前記真空槽内で、前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で前記ターゲット側に傾斜してエネルギーを前記真空槽内に供給するための誘電体窓を備え、電磁気的及び圧力的に前記ターゲットと相互に影響しあうように設けられた反応性ガスの活性種を生成する活性種源により生成された反応性ガスの活性種を、前記粒子に接触させることにより、金属の完全化合物に変換する組成変換工程と、を備えることにより、前記基板上に前記金属の完全化合物からなる薄膜を形成すること、により解決される。
【００２４】
反応性ガスを導入しながら金属等のターゲットをスパッタリングする従来の反応性スパッタリングでは、反応性ガスの導入量を増加させると、ターゲット表面に金属化合物が形成されるために、成膜レートの低い反応性モードでの成膜になるのに対し、本発明の薄膜形成方法では、金属化合物を、反応性モードでなく金属モード又は遷移領域モードによるスパッタリングで成膜できるため、高い成膜レートで光学多層膜を形成できる。
つまり電磁気的及び圧力的にターゲットと相互に影響しあうように設けられた活性種源を備えているため、ターゲットに電圧を印加することにより発生するプラズマと、活性種源によって発生するプラズマとの相互作用により、ターゲットと基板の間の領域におけるプラズマ密度が高くなる。その結果、ターゲット周辺のＡｒ+等のスパッタガス活性種の量が増え、スパッタ効率が向上する。
また、スパッタ効率が向上するため、ターゲット表面に金属化合物が形成される前にターゲット表面から金属あるいは導電性がある金属化合物がはじき出される。従って、ターゲット表面への金属化合物の形成が抑制され、成膜レートの低下が防止される。【００２５】
更に、反応性ガスの活性種を活性種源で生成するため、少ない反応性ガス量でも高い反応率を得ることができる。その結果、反応性ガスの導入量を減らしても、はじき出された完全化合物でない粒子及びこの粒子が基板上に堆積した完全化合物ではない薄膜形成物を十分反応させることができるので、金属モード又は遷移領域モードで金属化合物薄膜を生成することができる。
また、粒子が基板上に堆積した完全化合物ではない薄膜形成物に、電磁気的及び圧力的にターゲットと相互に影響しあうように設けられた活性種源により生成された反応性ガスの活性種を接触させることにより、金属の完全化合物に変換するので、ターゲットと活性種源とを相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けることができ、活性種源とターゲットとを空間的及び圧力的に分離する必要がなくなるため、単純な構成の薄膜形成装置を用いて成膜可能となる。【００２６】
このとき、前記誘電体窓は、前記基板の搬送方向に対して垂直な方向で前記エネルギー源に対向する位置にある前記基板に対して、３０°以上の角度で、前記ターゲット側に傾斜するように配置されており、前記組成変換工程の後で、前記スパッタ工程及び前記組成変換工程を、並行して複数回繰り返す繰返し成膜工程を行ってもよい。
このように構成しているため、金属化合物を、反応性モードでなく金属モード又は遷移領域モードによるスパッタリングで成膜しながら、所望の膜厚の金属化合物薄膜を得ることができる。
【００２７】
このとき、前記スパッタ工程の前に、前記ターゲットと、該ターゲットの前記基板の搬送方向の上流側及び下流側のうち少なくとも一方に設けられた前記活性種源と、を含む成膜ステーションを、複数備えたインライン型の薄膜形成装置に、前記基板を導入する工程を行い、前記スパッタ工程と、前記組成変換工程と、前記繰返し成膜工程とを、前記成膜ステーション内で、前記基板を一定の速度で搬送しながら行うステーション内成膜工程を行い、前記基板を、前記基板の搬送方向の前記下流側の前記成膜ステーションに搬送する搬送工程を行い、前記ステーション内成膜工程と前記搬送工程を繰り返す複数ステーション成膜工程を行い、前記基板の搬送方向の最も下流にある前記成膜ステーションで、前記ステーション内成膜工程を行った後、前記基板を大気中に排出する工程を行ってもよい。
このように構成しているため、成膜ステーションの数を適宜選択することにより、所望の層数の金属化合物多層膜を成膜できる。
【発明の効果】
【００２８】
反応性ガスを導入しながら金属等のターゲットをスパッタリングする従来の反応性スパッタリングでは、反応性ガスの導入量を増加させると、ターゲット表面に金属化合物が形成されるために、成膜レートの低い反応性モードでの成膜になるのに対し、本発明の薄膜形成方法では、金属化合物を、反応性モードでなく金属モード又は遷移領域モードによるスパッタリングで成膜できるため、高い成膜レートで光学多層膜を形成できる。
つまり、ターゲットと相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けられた活性種源を備えているため、ターゲットに電圧を印加することにより発生するプラズマと、活性種源によって発生するプラズマとの相互作用により、ターゲットと基板の間の領域におけるプラズマ密度が高くなる。その結果、ターゲット周辺のＡｒ+等のスパッタガス活性種の量が増え、スパッタ効率が向上する。【００２９】
また、スパッタ効率が向上するため、ターゲット表面に金属化合物が形成される前にターゲット表面から金属あるいは導電性がある金属化合物がはじき出される。従って、ターゲット表面への金属化合物の形成が抑制され、成膜レートの低下が防止される。
更に、反応性ガスの活性種を活性種源で生成するため、少ない反応性ガス量でも高い反応率を得ることができる。その結果、反応性ガスの導入量を減らしても、ターゲットからはじき出された完全化合物でない粒子、及びこの粒子が基板上に堆積することによって形成された完全化合物ではない薄膜形成物を、十分反応させることができる。従って、金属モード又は遷移領域モードで金属化合物薄膜を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係るインライン型のスパッタリング装置を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るインライン型のスパッタリング装置の成膜ステーションの構成を示す拡大説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るラジカル源の構成を示す概略説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るラジカル源の構成を示す概略説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るインライン型のスパッタリング装置を示す説明図である。
【図６】実施例９で成膜された多層ＡＲ膜の各波長における反射率と、第一層を、物理膜厚１２３．９ｎｍのＳｉ３Ｎ４，第二層を、物理膜厚１６４．３ｎｍのＳｉＯ２，第三層を、物理膜厚９９．５ｎｍのＳｉ３Ｎ４，第四層を、物理膜厚７３．２ｎｍのＳｉＯ２とした多層ＡＲ膜の膜設計の各波長における反射率を対比したグラフを示す。
【図７】本発明の一実施形態に係るインライン型のスパッタリング装置を用いて、酸素ガス流量を増加させていった場合と減少させていった場合とにおける酸素分圧とターゲット電圧との関連を示すグラフである。
【図８】一般的なスパッタリングにおける反応性ガス流量／全ガス流量比と成膜レート（薄膜の形成速度）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
本明細書において、反応性ガスの活性種とは、プラズマ中で反応性ガス分子や原子に高速電子が衝突して電離，解離，付着，励起等の反応が起こった結果生成される高反応性粒子をいい、反応性ガスのイオン，ラジカル，励起種等を含む。
反応性ガスのラジカルとは、反応性ガスの分子イオン，原子，内郭電子が励起状態の反応性ガスラジカルを含み、反応性ガス分子よりも活性なものをいう。
【００３２】
（薄膜形成装置）
本実施形態の薄膜形成装置としてのスパッタリング装置１は、所謂ロードロック式でインライン型のスパッタリング装置であって、ロードロック室１１と、成膜室２１と、アンロード室３１と、不図示の基板搬送装置とから構成されている。
ロードロック室１１は、ロードロック室１１を大気に開放するためのゲートバルブ１２，成膜室２１との間に設けられたゲートバルブ１３と、ロードロック室１１を排気するためのロータリーポンプ１４を備えている。
【００３３】
アンロード室３１は、アンロード室３１を大気に開放するためのゲートバルブ３２，成膜室２１との間に設けられたゲートバルブ３３と、アンロード室３１を排気するためのロータリーポンプ３４を備えている。
不図示の基板搬送装置は、インライン型スパッタリング装置に用いられる公知の基板搬送装置からなり、基板４３を保持する不図示の基板ホルダと不図示の基板搬送機構を備えている。基板搬送装置により基板４３は、大気中からロードロック室１１，成膜室２１，アンロード室３１へ導入された後、大気中へ搬送される。
不図示の基板ホルダには、基板４３が固定される。
基板４３は、大面積の光学部材，大型の建築用窓ガラス，大型のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）等、所謂大判の基板からなる。
不図示の基板ホルダには、一枚の基板４３が固定されてもよいし、複数枚、例えば、１枚の基板４３を縦横に二等分して四分割した大きさの基板が四枚固定されていてもよい。
【００３４】
成膜室２１には、成膜ステーションＳＴ（ＳＴ１〜ＳＴｎ）（ｎは正の整数）が複数連結して設けられ、成膜室２１の両端が、ゲートバルブ１３，３３を介してロードロック室１１，アンロード室３１と連結されている。成膜室２１の底面には、排気用の配管９５ｂが接続され、この配管９５ｂには、成膜室２１内を排気するための真空ポンプ９５が接続されている。この真空ポンプ９５と不図示のコントローラとにより、成膜室２１内の真空度が調整できるように構成されている。
【００３５】
成膜室２１は、基板４３の搬送方向に伸びる中空の筐体からなり、ロードロック室１１側端部のロード用空間部２２と、アンロード室３１側端部のアンロード用空間部２３との間に、複数の成膜ステーションＳＴ（ＳＴ１〜ＳＴｎ）が連結されてなる。
成膜ステーションＳＴは、両端が、前後の成膜ステーションＳＴ又はロード用空間部２２，アンロード用空間部２３と連結するために開口として形成された中空の筐体からなり、すべての成膜ステーションＳＴ１〜ＳＴｎの内部に、それぞれターゲット機構６１と、活性種源のエネルギー源としてのラジカル源８０と、ガス源としてのガスボンベ７６から反応性ガスを導入するための配管７５が、設置されている。
【００３６】
ターゲット機構６１は、図２に示すように、基板４３に対向するように設けられたマグネトロンスパッタ電極６２ａ，ｂと、マグネトロンスパッタ電極６２ａ，ｂに保持されたターゲット６３ａ，ｂと、不図示のトランスを介してマグネトロンスパッタ電極６２ａ，ｂに接続され、交番電界を印加可能な交流電源６４と、スパッタ用の動作ガスであるアルゴンガス等の不活性ガスからなるスパッタガスを貯留するガスボンベ６５と、ガスボンベ６５に貯留されるスパッタガスを導入するマスフローコントローラ６６を備えている。
マグネトロンスパッタ電極６２ａ，ｂは、不図示の基板ホルダに保持される基板４３と平行になるように設置されている。
【００３７】
ターゲット６３ａ，ｂは、エロージョンが発生するスパッタ面が、基板４３と平行になるように設置されている。ここで、エロージョンとは、スパッタリング現象によりターゲット構成元素がはじき飛ばされてターゲットが消耗する現象をいう。
ターゲット６３ａ，ｂは、スパッタリングで通常用いられるケイ素（Ｓｉ），ニオブ（Ｎｂ），アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），スズ（Ｓｎ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），テルル（Ｔｅ），鉄（Ｆｅ），マグネシウム（Ｍｇ），ハフニウム（Ｈｆ），ニッケル・クロム（Ｎｉ−Ｃｒ），インジウム・スズ（Ｉｎ−Ｓｎ）などの公知の金属ターゲットないし導電性の金属化合物ターゲットや複合ターゲットからなる。
【００３８】
本実施形態のターゲット６３ａ，ｂは、サイズが５×２７ｉｎｃｈであり、ターゲット６３ａ，ｂと基板４３との距離Ｄは、７０〜４００ｍｍである。
ターゲット６３ａ，ｂによるスパッタリングにより、図２で示す成膜有効エリアＡに、金属化合物が成膜される。
本実施形態の交流電源６４は、ＬＦ電源から構成しているが、これに限定されるものではなく、ＲＦ電源，二周波ＲＦ電源等から構成してもよい。
【００３９】
本実施形態では、真空ポンプ９５により真空度を調整された成膜ステーションＳＴに、マスフローコントローラ６６により、ガスボンベ６５からアルゴンガス等の不活性ガスが導かれ、成膜ステーションＳＴ内の真空ガス雰囲気が調整されて、デュアル・マグネトロンスパッタリングが行われる。
【００４０】
デュアル・マグネトロンスパッタリングにおいては、接地電位から電気的に絶縁された一対のマグネトロンスパッタ電極６２ａ，ｂと、ターゲット６３ａ，ｂとが用いられる。したがって図示されていないが、接地されているスパッタリング装置１本体に対してマグネトロンスパッタ電極６２ａ，ｂ、ターゲット６３ａ，ｂは絶縁材を介して取り付けられている。また、マグネトロンスパッタ電極６２ａ，ターゲット６３ａと、スパッタ電極６２ｂ，ターゲット６３ｂも互いに電気的に分離されている。
【００４１】
このような状態で、アルゴン等の動作ガスをターゲット６３ａ，ｂ付近に導入してスパッタ雰囲気を調整し、交流電源６４から不図示のトランスを介してマグネトロンスパッタ電極６２ａ，ｂに電圧を印加すると、ターゲット６３ａ，ｂには常に交番電界が掛かることになる。すなわち、ある時点においてはターゲット６３ａがカソード（マイナス極）となり、その時ターゲット６３ｂは必ずアノード（プラス極）となる。次の時点において交流の向きが変化すると、今度はターゲット６３ｂがカソードとなり、ターゲット６３ａがアノードとなる。このように一対の２つのターゲット６３ａ，ｂが交互にアノードとカソードとの役割を担うことによりプラズマが形成され、カソード上のターゲットがスパッタされて金属超薄膜が基板上に形成される。
【００４２】
この時、アノード上には非導電性あるいは導電性の低い不完全金属が付着する場合もあるが、このアノードが交番電界によりカソードに変換された時に、これら不完全金属がスパッタされ、ターゲット表面は元の清浄な状態となる。そして、これを繰り返すことにより、常に安定なアノード電位状態が得られ、通常アノード電位とほぼ等しくなるプラズマ電位の変化を防止し、安定してターゲット６３ａ，ｂから基板４３に向けて金属粒子を飛散させることができる。
【００４３】
ターゲット６３ａと６３ｂとは同じ金属のみを含んでいても異種の金属を含んでいてもよい。同一の金属のみからなるターゲットを用いた場合は、単一金属を含む薄膜が形成され、異種の金属を含むターゲットを用いた場合は合金の化合物からなる薄膜が形成される。
ターゲット６３ａ，ｂに印加する交流電圧の周波数は１０〜１２０ＫＨｚが好適である。
【００４４】
ラジカル源８０は、高周波アンテナを備えた誘導結合型プラズマ発生手段からなり、図１，図２に示すように、ターゲット機構６１の下流側に一つ設けられ、図３に示すように、ケース体８１と、誘電体板８３と、固定枠８４と、アンテナ８５ａ，ｂと、固定具８８と、配管９５ａ，真空ポンプ９５を有して構成されている。
【００４５】
図３で示すように、ケース体８１は、ステンレス製の略直方体の一面が開口となった容器体からなる。その開口をふさぐように誘電体板８３が固定されて、誘電体窓が形成され、誘電体窓よりもケース体８１の内部側がアンテナ収容室８０Ａとなっている。
アンテナ収容室８０Ａは、誘電体板８３により成膜ステーションＳＴから仕切られ成膜ステーションＳＴから独立した空間を形成している。誘電体板８３は、板状の公知の誘電体からなり、本実施形態では、石英で形成されている。
固定枠８４は、矩形の枠体からなる。固定枠８４とケース体８１が不図示のボルトで連結されることで、固定枠８４とケース体８１の間に誘電体板８３が挟持され固定されている。
【００４６】
アンテナ収容室８０Ａには、アンテナ８５ａ，ｂが設置されている。
アンテナ８５ａ，ｂは、銅製の管状体の表面が銀で被覆された渦巻き状コイル電極からなり、アンテナ収容室８０Ａ内に、渦を成す面が、ケース体８１の底面と誘電体板８３とに平行になるよう配置されている。
アンテナ８５ａ，ｂは、高周波電源８９に並列に接続されている。また、図４に示すように、アンテナ８５ａ，ｂは、導線部８６ａ，ｂを介して可変コンデンサ８７ａ，ｂを備えたマッチングボックス８７に接続され、更に高周波電源８９に接続されている。
【００４７】
固定具８８は、アンテナ８５ａ，ｂを嵌合可能な溝が形成された板体からなる固定板８８ａ，ｂと、固定ボルト８８ｃ，ｄで構成されている。
固定板８８ａ，ｂにはアンテナ８５ａ，ｂが嵌合され、固定ボルト８８ｃ，ｄでケース体８１に取り付けられている。ケース体８１には上下方向に複数のボルト穴が形成され、固定板８８ａ，ｂは、いずれかのボルト穴を用いてケース体８１に取り付けられている。
アンテナ８５ａ，ｂと固定板８８ａ，ｂとを絶縁するために、少なくとも、アンテナ８５ａ，ｂと固定板８８ａ，ｂとの接触面が絶縁材で形成されている。
【００４８】
ケース体８１の底面には、図３に示すように、排気用の配管９５ａが設けられ、バルブを介して真空ポンプ９５が接続されている。これにより、バルブを操作して、成膜ステーションＳＴを排気する真空ポンプ９５を用いて、アンテナ収容室８０Ａ内の排気を行うことができる。なお、図１では、配管９５ａは、一部のラジカル源８０についてのみ表している。
【００４９】
本実施形態では、図３，図４に示すように、平面型の渦巻き状のスパイラルアンテナを用いた誘導結合型プラズマ源を用いているが、他の形式の誘導結合型プラズマ源を用いてもよい。例えば、ガラス管にらせん状に巻いた円筒形のヘリカルアンテナからなるコイルに高周波電流を流すものや、アンテナがプラズマの内部に挿入されるタイプ等がある。
また、誘電体窓を通して誘導結合や表面波によりプラズマを生成する他のプラズマ源、例えば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＰ）プラズマ源，ヘリコン波励起（ＨＷＰ）プラズマ源，マイクロ波励起表面波（ＳＷＰ）プラズマ源等を用いてもよい。
【００５０】
誘導結合型プラズマ源の代わりに、アンテナ収容室８０Ａの内部に平板状の電極を配置し、この平板状電極に１００ＫＨｚ〜５０ＭＨｚの高周波電力を印加してプラズマを発生させる容量結合型プラズマ発生源を用いてもよい。
更に、誘導結合型プラズマと容量結合型プラズマとが混存するプラズマを発生されるプラズマ発生源を用いてもよい。
【００５１】
成膜ステーションＳＴには、ラジカル源８０と基板４３との間に、図２に示すように、配管７５が設けられ、反応性ガスのガスボンベ７６が、マスフローコントローラ７７を介して接続されている。これにより、反応性ガスが、ラジカル源８０と基板４３との間に導入可能になっている。
本実施形態では、反応性ガスとして、酸素（Ｏ２），オゾン（Ｏ３），一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）等の酸化性ガス、窒素（Ｎ２）等の窒化性ガス、メタン（ＣＨ４）等の炭化性ガス、弗素（Ｆ２），四弗化炭素（ＣＦ４）等の弗化性ガス等を用いることができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、スパッタガスを導入するためのマスフローコントローラ６６と、反応性ガスを導入するためのマスフローコントローラ７７とは、相互に独立して設けられており、成膜レートをモニターするなどしながら、スパッタの電源及びガス流量と、活性種源の電源及びガス流量を独立制御することにより、成膜レートのフィードバック制御可能に構成している。
【００５３】
ラジカル源８０は、図２に示すように、誘電体板８３の面、すなわち、誘電体板８３が配設された誘電体窓の面が、基板４３の中央方向を向くように、基板４３に対して傾斜している。誘電体板８３の面と基板４３との角度は、０°以上で、９０°より小さい角度の範囲内にある。換言すると、誘電体板８３が、ターゲット６３ａ，ｂと平行か、又は、０°以上９０°未満の角度を持って、不図示の基板ホルダに保持される基板４３に対して、成膜ステーションＳＴの外側が基板４３に近くなるよう、傾斜して設置されている。
誘電体板８３の面と基板４３との間の角度は、０°〜６０°であると、成膜レートが最も高い領域になるため、好ましい。
【００５４】
また、各々の成膜ステーションＳＴは、不図示の光学式の成膜レート制御装置を備え、この成膜レート制御装置で成膜ステーションＳＴ毎のスパッタ条件を制御することにより、成膜レートを制御して膜厚を調整可能である。
不図示の成膜レート制御装置は、基板４３上に成膜された薄膜の膜厚を測定する不図示の光学式膜厚計と、光学式膜厚計の膜厚測定結果に基づき、マスフローコントローラ６６，７７を制御してガスの流量を制御する不図示の制御装置と、を備えている。
【００５５】
光学式膜厚計には、投光器から光を出射し、光学薄膜を透過した光線を測定する透過式の光学式膜厚計を用いるが、光学薄膜の表面上で反射された光線と、基板と光学膜の界面で反射された光線とが経路の違いにより位相差を生じることで干渉する現象を利用して膜厚を測定する反射式の光学式膜厚計を用いてもよい。
スパッタを行っている期間中、各成膜ステーションＳＴにおいて、不図示の光学式膜厚計により、基板４３上に成膜中の薄膜の膜厚のモニターを行い、成膜速度が低下したことを光学式膜厚計が検出すると、交流電源６４及び高周波電源８９からの電流量を増加して、下がった成膜速度をもとに戻す制御を行う。
【００５６】
本実施形態のラジカル源８０は、アンテナ収容室８０Ａ内を成膜ステーションＳＴ内よりも低い圧力に保持した状態で、反応性ガスボンベ７６内の反応性ガスを、マスフローコントローラ７７を介して成膜ステーションＳＴに導入する。アンテナ８５ａ，ｂに、高周波電源８９から１３．５６ＭＨｚの電圧を印加して、高周波電流を流す。これにより、アンテナ収容室８０Ａ内にプラズマが発生することが抑制され、アンテナ８５ａ，ｂが、高周波電源８９から電力の供給を受けて、成膜ステーションＳＴ内部に誘導電界を発生させ、反応性ガスのプラズマを発生させる。
【００５７】
各成膜ステーションＳＴ内において、ターゲット機構６１は、成膜ステーションＳＴの基板搬送方向中央に設けられ、ラジカル源８０は、ターゲット機構６１の基板搬送方向の下流側に一つ配置されている。
成膜室２１を構成する成膜ステーションＳＴ（ＳＴ１〜ＳＴｎ）の数は、成膜する多層膜の層数以上の数として決定される。成膜する多層膜の層数と一致する数の成膜ステーションＳＴを設ける場合には、各成膜ステーションＳＴは、一層ずつ成膜することになる。成膜する多層膜の層数より多い数の成膜ステーションＳＴを設ける場合には、多数層のうち少なくとも一層は、複数の成膜ステーションＳＴで成膜されることになる。
ロード用空間部２２，アンロード用空間部２３は、内部にターゲット機構６１及びラジカル源８０が設置されていない点を除き、成膜ステーションＳＴと同様の構成である。
【００５８】
本実施形態では、各成膜ステーションＳＴ内で、ラジカル源８０が、ターゲット機構６１の下流側に一つのみ配置されているが、図５のスパッタリング装置１´のように、各成膜ステーションＳＴ内で、一対のラジカル源８０が、ターゲット機構６１を挟むように、ターゲット機構６１の上流側と下流側に配置してもよい。スパッタリング装置１´のその他の構成は、スパッタリング装置１と同様であるので、説明を省略する。
なお、ラジカル源は、ターゲット機構６１の上流側に一つのみ配置されていてもよい。
【００５９】
（薄膜形成方法）
以下に、本実施形態のスパッタリング装置１を用いた薄膜形成方法について説明する。
まず、成膜室２１内を真空排気する。次いで、大判の基板４３を不図示の基板ホルダに装着したものを所定数準備する。ゲートバルブ１２を開放して、スパッタリング装置１のロードロック室１１に所定数の基板４３を導入し、ゲートバルブ１２を閉める。ロードロック室１１内を大気状態から成膜室２１の真空度と同等になるまで真空排気する。
その後、各成膜ステーションＳＴのターゲット機構６１及びラジカル源８０を稼働して、スパッタリングを開始し、ゲートバルブ１３を開放して、第一の基板４３を成膜室２１のロード用空間部２２に導入する。
【００６０】
不図示の基板搬送機構により、基板４３を一定速度で、成膜ステーションＳＴｎ方向に向かって移動させ、成膜ステーションＳＴ１からＳＴｎで順次成膜を行う。
【００６１】
成膜ステーションＳＴ１からＳＴｎの各々では、次のように金属化合物の成膜が行われる。
基板搬送機構により搬送される基板４３が最初の成膜ステーションＳＴ１に導入されると、基板４３は、基板搬送方向の上流側から、順次、図２に示す成膜有効エリアＡに導入される。
【００６２】
基板４３が成膜有効エリアＡに入ると、まず、スパッタ工程で、ターゲット６３ａ，ｂからスパッタリングにより金属粒子が叩き出され、成膜有効エリアＡとターゲット６３ａ，ｂとに囲まれる領域で、ターゲット６３ａ，ｂから基板４３に向かって飛散する。
次いで、飛散している金属粒子の一部が、ターゲット６３ａ，ｂから基板４３に到達するまでの間に、ラジカル源８０によって形成された反応性ガスのラジカルにより、金属不完全反応物となる。この金属粒子、金属不完全反応物が、特許請求の範囲の完全化合物ではない粒子に該当する。
そして、基板４３上に、金属粒子と金属不完全反応物が堆積し、完全化合物ではない薄膜形成物が形成される。
そして、組成変換工程で、ラジカル源８０によって形成された反応性ガスのラジカルにより、基板４３上の完全化合物ではない薄膜形成物が、金属の完全化合物に変換される。
【００６３】
基板４３が成膜有効エリアＡ内を通っている間、スパッタ工程，組成変換工程が並行して繰り返され、基板４３が成膜有効エリアＡから排出されるときには、基板４３上に金属化合物薄膜が形成されている。
【００６４】
二番目以降の成膜ステーションＳＴ２〜ｎにおいても、成膜ステーションＳＴ１と同様の工程が行われ、それぞれ、金属の完全化合物からなる薄膜が形成される。
ターゲット６３ａ，ｂの金属の組み合わせが、隣り合う成膜ステーションＳＴｉ〜ＳＴｉ＋ｍ（ｉ及びｍは正の整数）において同一である場合、この隣り合う成膜ステーションＳＴｉ〜ＳＴｉ＋ｍでは、同一層の薄膜が形成される。つまり、複数の成膜ステーションＳＴｉ〜ＳＴｉ＋ｍにおいて、薄膜が一層形成される。
一方、ターゲット６３ａ，ｂの金属の組み合わせが、隣り合う成膜ステーションＳＴｉ〜ＳＴｉ＋ｍ（ｉ及びｍは正の整数）において異なる場合、この隣り合う成膜ステーションＳＴｉ〜ＳＴｉ＋ｍでは、複数層の薄膜が形成される。
【００６５】
ターゲット６３ａ，ｂのスパッタリング，ラジカル源８０による反応性ガスのラジカル形成が行われている間、成膜レートは、不図示の光学式の成膜レート制御機構により制御される。成膜レート制御機構は、不図示の光ファイバーで検知された金属，ガス，金属化合物量のデータに基づき、マスフローコントローラ６６，７７を制御してガスの流量を制御することにより、成膜レートを所望の値に制御する。これにより、各成膜ステーションＳＴにおける膜厚を制御する。
【００６６】
成膜ステーションＳＴｎでの成膜，反応が完了した後、基板４３はアンロード用空間部２３に導入される。アンロード室３１は、予め成膜室２１とほぼ同じ真空度に真空排気しておく。ゲートバルブ３３を開放して基板４３をアンロード室３１に導入した後ゲートバルブ３３を閉め、基板４３をアンロード室３１に保持しておく。
次いで、ロードロック室１１に保持されている次の基板４３を成膜室２１に導入し、同様の成膜，反応を行った後、同様にアンロード室３１に導入して保持する。ロードロック室１１に保持されているすべての基板４３について、同様の処理が完了した後、アンロード室３１を大気状態にし、ゲートバルブ３２を開放し、すべての基板４３を大気中に取り出し、成膜を完了する。
【００６７】
以上の方法により、成膜ステーションＳＴの数と金属及び反応ガスの種類に応じた層数の金属化合物の多層膜が形成される。
すべての隣接する成膜ステーションＳＴ間で異なる金属及び反応ガスを用いた場合には、多層膜は、成膜ステーションＳＴの数に応じた層数となる。隣接する成膜ステーションＳＴにおいて同じ金属及び反応ガスを用いた場合、その隣接する成膜ステーションＳＴでは、合わせて一層を成膜することとなる。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
（実験例１）
本実験例では、ラジカル源８０を、誘電体板８３の面が、基板４３と平行でかつターゲット６３ａ，ｂと平行になるように設置し、成膜ステーションＳＴにおける基板４３とターゲット６３ａ，ｂ間の距離Ｄを、それぞれ４０ｍｍ，７０ｍｍ，２００ｍｍ，４００ｍｍに変化させた実施例１〜４について、成膜を行い、成膜レート及び得られた膜について対比した。
本実験例では、成膜ステーションＳＴを１つ備えたスパッタリング装置１を用い、上述した実施形態に係る薄膜形成方法により、大きさ６００ｃｍ×４００ｃｍの大型ガラス基板上に、二酸化ケイ素の単層膜を形成した。【００６９】
成膜ステーションＳＴ１では、ターゲット６３ａ，ｂにシリコンターゲットを用い、スパッタガスとしてアルゴンガス８００ｓｃｃｍをガスボンベ６５から供給した。反応性ガスとして酸素（Ｏ２）ガス８０ｓｃｃｍを導入し、ラジカル源８０によりラジカルとした。
その他の具体的な条件及び結果を、表１に示す。【００７０】
【表１】
0005592035.tif 000002
【００７１】
表１の結果より、距離Ｄが４０ｍｍの場合、成膜された膜の吸収係数が１０−３台と、高くなることが分かった。距離Ｄが短すぎると、成膜レートが高くなりすぎ、反応が追い付かずに吸収が発生してしまうためと思われる。
光学薄膜の場合、必要な透過率を得るためには、１０−４程度の吸収係数が必要であることから、距離Ｄは、４０ｍｍよりも長いことが必要であることが分かった。【００７２】
（実験例２）
本実験例では、成膜ステーションＳＴにおける基板４３とターゲット６３ａ，ｂ間の距離Ｄを、２００ｍｍとし、ラジカル源８０を、誘電体板８３の面が、ターゲット６３ａ，ｂ側に傾斜して、基板４３に対して０°，３０°，６０°になるように変化させた実施例３，５，６について、成膜を行い、成膜レート及び得られた膜について対比した。
具体的な条件及び結果を、表２に示す。また、本実験例のその他の条件は、実験例１と同様とした。
【００７３】
【表２】
0005592035.tif 000003
【００７４】
表２の結果より、誘電体板８３の面が基板４３に対して３０°，６０°傾斜している場合、傾斜していない場合よりも成膜レートが高くなっていた。従って、ラジカル源８０をターゲット６３ａ，ｂ側に傾斜させることにより、適度な吸収係数を保ったまま反応性が向上するため、ターゲットパワーを高めることが可能となり、更なる成膜レートの向上が図れることが分かった。【００７５】
（実験例３）
本実験例では、成膜ステーションＳＴを１つ備えたスパッタリング装置１において、単一のラジカル源８０を備えた場合と、ターゲット６３ａ，ｂを挟んだ上流側及び下流側に、一対のラジカル源８０を備えた場合について成膜を行い、成膜レート及び得られた膜について対比した。
具体的な条件及び結果を、表３に示す。また、本実験例のその他の条件は、実験例１と同様とした。【００７６】
【表３】
0005592035.tif 000004
【００７７】
表３の結果より、一対のラジカル源８０を備えた場合、単一のラジカル源８０を備えた場合と対比すると、吸収係数は略同じ値のまま、成膜レートが１割程度高くなっていた。従って、一対のラジカル源８０を備えることにより、適度な吸収係数を保ったまま反応性が向上するため、ターゲットパワーを高めることが可能となり、更なる成膜レートの向上が図れることが分かった。【００７８】
（実験例４）
本実験例では、上記実施形態に係るスパッタリング装置１を用い、多層ＡＲ膜を形成する場合において、各層を単一のステーションＳＴで成膜する実施例８と、複数ステーションＳＴで成膜する実施例９を行い、成膜条件及び得られた膜について対比した。
実施例８，９の多層ＡＲ膜の膜設計は、第一層を、物理膜厚１２３．９ｎｍのＳｉ３Ｎ４，第二層を、物理膜厚１６４．３ｎｍのＳｉＯ２，第三層を、物理膜厚９９．５ｎｍのＳｉ３Ｎ４，第四層を、物理膜厚７３．２ｎｍのＳｉＯ２とした。【００７９】
実施例８では、成膜ステーションＳＴを４つ備えたスパッタリング装置１を用い、各成膜ステーションＳＴ１〜４において、ターゲット６３ａ，ｂにシリコンターゲットを用い、スパッタガスとしてアルゴンガス８００ｓｃｃｍをガスボンベ６５から供給した。また、反応性ガスとして成膜ステーションＳＴ１，ＳＴ３では窒素（Ｎ２）ガス１４０ｓｃｃｍ、成膜ステーションＳＴ２，ＳＴ４では酸素（Ｏ２）ガス６０ｓｃｃｍを導入し、ラジカル源８０によりラジカルとした。成膜ステーションＳＴ１〜４では、それぞれ、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２を成膜した。
また、基板搬送速度は、４．４ｍｍ／ｓ、距離Ｄは２００ｍｍ、誘電体板８３と基板４３との角度は３０°とした。
実施例８のその他の具体的な条件及び結果を、表４に示す。
【００８０】
【表４】
0005592035.tif 000005
【００８１】
実施例９では、成膜ステーションＳＴを７つ備えたスパッタリング装置１を用い、成膜ステーションＳＴ１〜６では、隣り合う一対の成膜ステーションＳＴ毎に、同じ組成の膜を形成して、合計三層のＳｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４を形成した。成膜ステーションＳＴ７では、最上層のＳｉＯ２膜を単一の成膜ステーションＳＴで形成した。形成された４層の膜厚は、実施例８の４層の膜厚とそれぞれ同様とした。
また、基板搬送速度は、８．７ｍｍ／ｓ、距離Ｄは２００ｍｍ、誘電体板８３と基板４３との角度は３０°とした。
実施例９のその他の具体的な条件及び結果を、表５に示す。【００８２】
【表５】
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【００８３】
実験例４により、成膜ステーションＳＴを層あたり複数備えた実施例９でも、層あたり単数備えた実施例８とほぼ同じ膜厚の膜が形成されていた。また、実施例９では、基板搬送速度が実施例８の場合の略倍だったが、第三層までは、二つの成膜ステーションＳＴで成膜したため、一枚の基板４３の成膜に掛かる時間は、実施例９と実施例８との間で同じである。
しかし、実施例９は、基板搬送速度が実施例８よりも速く、スパッタリング装置１に含まれる成膜ステーションＳＴの数が多いため、インライン式で連続的にスパッタリング装置１内に基板４３を流したときに、スパッタリング装置１内に同時に存在することのできる基板４３の数が多くなり、生産性が向上される。【００８４】
図６に、実施例９で成膜された多層ＡＲ膜の各波長における反射率と、第一層を、物理膜厚１２３．９ｎｍのＳｉ３Ｎ４，第二層を、物理膜厚１６４．３ｎｍのＳｉＯ２，第三層を、物理膜厚９９．５ｎｍのＳｉ３Ｎ４，第四層を、物理膜厚７３．２ｎｍのＳｉＯ２とした多層ＡＲ膜の膜設計の各波長における反射率を対比したグラフを示す。
図６に示すように、実施例９で成膜された多層ＡＲ膜は、膜設計に近い光学特性が得られることが分かった。
【００８５】
（実験例５）
本実験例では、酸素ガス流量以外の条件は、実施例３の条件と同様とし、酸素ガス流量を０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍに増加させていった場合と、２００ｓｃｃｍから０ｓｃｃｍに減少させていった場合とにおいて、０，６０，７０，８０，９０，１１０，１２０，１３０，１５０，２００ｓｃｃｍにおけるターゲット電圧を測定し、酸素ガス流量が増加する場合と減少する場合とにおいて、酸素分圧に対するターゲット電圧の変化経路が異なる所謂ヒステリシス現象が生じるか否かについて確認した。
酸素ガス流量，酸素ガス分圧，増加時及び減少時のターゲット電圧のデータを表６に、酸素分圧と増加時及び減少時のターゲット電圧との関連を示すグラフを図７に示す。【００８６】
【表６】
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【００８７】
図７より、酸素ガス流量が増加する場合と酸素ガス流量が減少する場合とで、酸素分圧に対するターゲット電圧の変化経路は、略同じであり、反応性スパッタリングで生じるヒステリシス現象が生じないことが分かった。
従って、本例のスパッタリング装置１を用いて、上述した実施形態に係る薄膜形成方法によりスパッタしたときには、反応性スパッタリングとは異なり、酸素ガス流量を調整することによる成膜レートの制御が容易であることが分かった。
【符号の説明】
【００８８】
Ａ  成膜有効エリア
Ｄ  距離
ＳＴ，ＳＴ１〜ｎ  成膜ステーション
１，１´  スパッタリング装置
１１  ロードロック室
１２，１３，３２，３３  ゲートバルブ
１４，３４  ロータリーポンプ
２１  成膜室
２２  ロード用空間部
２３  アンロード用空間部
３１  アンロード室
４３  基板
６１  ターゲット機構
６２ａ，６２ｂ  マグネトロンスパッタ電極
６３ａ，６３ｂ  ターゲット
６４  交流電源
６５，７６  ガスボンベ
６６，７７  マスフローコントローラ
７５，９５ａ，９５ｂ  配管
８０  ラジカル源
８０Ａ  アンテナ収容室
８１  ケース体
８３  誘電体板
８４  固定枠
８５ａ，８５ｂ  アンテナ
８６ａ，８６ｂ  導線部
８７  マッチングボックス
８７ａ，８７ｂ  可変コンデンサ
８８  固定具
８８ａ，８８ｂ  固定板
８８ｃ，８８ｄ  固定ボルト
８９  高周波電源
９５  真空ポンプ
【要約】
大判基板に高い成膜レートで光学多層膜を形成できる薄膜形成装置，スパッタリングカソード及び薄膜形成方法を提供する。
真空槽２１内で、スパッタリングにより基板４３上に金属化合物の薄膜を形成する薄膜形成装置１である。真空槽２１内に、金属あるいは導電性がある金属化合物からなるターゲット６３ａ，ｂと、ターゲット６３ａ，ｂと相互に電磁気的及び圧力的に影響しあうように設けられ、反応性ガスの活性種を生成する活性種源と、を備える。活性種源は、反応性ガスを供給するガス源７６，７７と、エネルギーを真空槽内に供給して、反応性ガスを、プラズマ状態に励起するエネルギー源８０と、を備える。エネルギー源８０は、真空槽２１との間に、エネルギーを真空槽２１内に供給するための誘電体窓を備え、誘電体窓は、基板４３に対して平行に、又は、基板４３に対して９０°未満の角度でターゲット６３ａ，ｂ側に傾斜するように、配置される。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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