(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜を構成する元素を含むターゲットを使用すると共に前記薄膜を構成する他の元素を反応性ガスとして導入し、前記ターゲットの近傍に磁場を生成し、この磁場と基板の相対的位置を揺動させ、前記磁場に起因して生成されたプラズマで前記ターゲットをスパッタして前記基板に前記薄膜を作製するマグネトロンスパッタ法において、  前記基板に堆積される前記薄膜で単分子層が形成される間に、成膜される各場所が、前
記ターゲット上のエロージョン部および非エロージョン部に複数回対向するように、前記揺動の速度と前記薄膜の成膜速度との関係を設定したことを特徴とするマグネトロンスパッタ法。
【請求項２】
請求項１記載のマグネトロンスパッタ法において、前記ターゲットをＩＴＯ材で形成しかつ前記反応性ガスとして酸素ガスを導入し、前記基板にＩＴＯ膜を作製したことを特徴とするマグネトロンスパッタ法。
【請求項３】
請求項１記載のマグネトロンスパッタ法において、前記薄膜の比抵抗値が実質的に２×１０-4Ωｃｍ程度に維持されるように、前記揺動の速度と前記薄膜の成膜速度との関係が設定されることを特徴とするマグネトロンスパッタ法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はマグネトロンスパッタ法に関し、特に、ＩＴＯ透明導電膜等の各種薄膜を作製するのに適したマグネトロンスパッタ法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルゴンガス（以下Ａｒガスという）等の中でプラズマを生成してＡｒイオンをターゲットに衝突させることによりターゲット物質をスパッタし、ターゲットに対向して配置した基板の表面に薄膜を堆積させる方法は、スパッタ法として知られている。そのうち、複合材料の薄膜を作製するために、Ａｒガスに適量の反応性ガスを添加し、ターゲット物質と反応性ガスを基板上で反応させながら成膜させる方法は反応性スパッタ法として知られ、また基板上の薄膜作製での成膜速度を向上するために、ターゲットの背面に配置したマグネットによりターゲット表面近傍に磁場を生成しプラズマを高密度にする方法は、マグネトロンスパッタ法として知られる。
【０００３】
上記のマグネトロンスパッタ法では、磁場が生成される領域にプラズマが集中するので、この領域に対応するターゲットの表面部分が早く削られる。ターゲットにおける早く削られる表面部分は「エロージョン部」と呼ばれ、それ以外の表面部分は「非エロージョン部」と呼ばれる。ターゲットのエロージョン部に対向する基板の部分では、ターゲットの非エロージョン部に対向する基板の部分に比較すると、薄膜が厚く作製される。そこで、エロージョン部に対応する薄膜の厚みと非エロージョン部に対応する薄膜の厚みの差を小さくすることが要求される。厚みの差を小さくするため、例えば基板とターゲットの間の距離を広げることが提案される。基板表面でいっそう均一な厚みを有する薄膜を形成するため、ターゲット背面のマグネットを或る幅だけ揺動（往復運動）させ、基板上の薄膜が形成される各場所がターゲットのエロージョン部と非エロージョン部に交互に対向するようにして成膜を行うスパッタ法が、揺動マグネトロンスパッタ法として提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＴＯ膜（インジウム−錫酸化物である薄膜）は、透明導電膜として知られている。ＩＴＯ膜の成膜では、ターゲット物質としてインジウムと錫の酸化物であるＩＴＯ材を使用するだけでなく、不足する酸素を補給するため、反応性ガスとして酸素を導入し添加させる反応性マグネトロンスパッタ法を使用する。ＩＴＯ膜は比抵抗がより小さいことが望ましく、比抵抗は膜中の酸素含有率の大きな影響を受ける。酸素含有量が十分多いと化学量論組成のＩｎ２  Ｏ３  −ＳｎＯ２  に近くなる。化学量論組成のＩｎ２  Ｏ３  −ＳｎＯ２  は比抵抗が高い。酸素が欠乏するに従い比抵抗は小さくなるが、さらに酸素含有率を小さくすると逆に比抵抗が大きくなってしまう。従って実用的に使用するＩＴＯ膜の成膜には、膜中酸素含有率を適切な値に制御することが必要である。
【０００５】
一般に反応性マグネトロンスパッタ方法では、添加された反応性ガスはプラズマにより活性化され、その活性化した反応性ガスが膜形成に強く寄与する。そのため、プラズマが集中されているエロージョン部に対向する基板表面（以下エロージョン部対向基板面という）の上ではターゲット物質と反応性ガスの反応が効率的に進むのに対して、非エロージョン部に対向する基板表面（以下非エロージョン部対向基板面という）の上では反応があまり進まない。従って、反応性ガスの最適な分圧（密度）は、エロージョン部の周囲では少なめの値となるのに対して、非エロージョン部の周囲では多めの値となる。そこで、反応性ガスを平均的なガス圧として処理室全体に供給したとすると、エロージョン部に対向する領域ではガス過剰（最適分圧より過剰なガス圧）の状態、非エロージョン部に対向する領域ではガス不足（最適分圧より不足なガス圧）の状態となり、エロージョン部対向基板面と非エロージョン部対向基板面のそれぞれに作製された薄膜は、いずれも最適でなく、互いに異なった膜質を有することになる。
【０００６】
ＩＴＯ膜の例で説明すれば、エロージョン部対向基板面の薄膜には活性な酸素が過剰に供給されてその比抵抗が高くなり、他方、非エロージョン部対向基板面の薄膜には酸素が不足しその比抵抗が高くなる。このように、薄膜全体にわたり適切な圧力の酸素供給を行い、均質でかつ比抵抗の低い薄膜を作製することができない。
【０００７】
反応性マグネトロンスパッタ方法による上記の薄膜作製状態を、図７に模式的に示す。図７においてＡは基板および薄膜の拡大縦断面図、Ｂは薄膜作成装置の要部の縦断面図である。なお図７Ａは膜厚方向（図中上下方向）に関し拡大して示し、左右方向に関しては大きさと位置を図７Ｂに一致させている。
【０００８】
スパッタ処理室を形成する真空容器（図示せず）内では、ターゲット７１が設けられ、このターゲット７１に対向させて基板７２が平行に配置される。基板７２は、図示しない基板搬入・搬出機構によって処理室内に搬入される。ターゲット７１の背面にはマグネット７３が配置され、このマグネット７３によってターゲット７１の表面上の所定箇所に磁場が形成される。マグネット７１は棒状の中心磁極（Ｎ極）と中心磁極を囲む環状の周囲磁極（Ｓ極）からなり、平面形状について軸対称の形状を有する。マグネット７３によって形成される磁場はドーナツ形状となる。ターゲット７１と基板７２の間の空間にはガス導入機構（図示せず）によってＡｒガスと反応性ガス７４が導入され、電力供給機構（図示せず）からターゲット７１への電圧印加で生成される電場とマグネット７３による磁場との相互作用によってプラズマ７５が集中的に生成される。プラズマ７５によりターゲット７１の表面がスパッタされ、スパッタで飛び出したターゲット物質と反応性ガス７４とによって基板７２の表面に薄膜７６が作製される。ターゲット７１の表面には、マグネット７３の磁場に対応して生成されるプラズマ７５によって、エロージョン部７７と非エロージョン部７８が形成される。
【０００９】
基板７２の上に作製される薄膜７６では、図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、エロージョン部７７に対向する基板面に形成される膜部７６ａと、非エロージョン部７８に対向する基板面に形成される膜部７６ｂの異なる２つの膜部が存在する。図７Ａと図７Ｂの間では、破線７９によって膜部７６ａ，７６ｂの位置関係が対応付けられている。膜部７６ａ，７６ｂは互いに異なる膜質を有し、膜部７６ａはガス過剰の膜質であり、膜部７６ｂはガス不足の膜質である。このように、膜７６における膜部７６ａ，７６ｂのいずれも、最適な反応性ガス分圧によって作製される膜とすることはできない。すなわち、膜部７６ａ，７６ｂの両者を共に最良の膜質とすることはできず、全体としての膜７６の膜質が悪くなってしまう。
【００１０】
次に、図８Ａと図８Ｂを参照してマグネット７３を揺動した場合の例を示す。図８Ａは図７Ａに対応し、図８Ｂは図７Ｂに対応する。図８Ｂにおいて８０はマグネット７３の移動の状態を示し、マグネット７３はマグネット揺動機構８１によって揺動される。図８Ｂでは、マグネット７３の揺動の動きは矩形波的として単純化させている。図８Ｂに示される装置構成に基づいて、従来の一般的な条件でマグネット７３を揺動しても、前述した膜７６における膜質の悪化は改善されない。例えば成膜速度を１００ｎｍ／ｍｉｎ  、揺動速度を１０ｒｐｍ  （回／ｍｉｎ  ）としてマグネット７３を揺動させると、１つの層の厚みが５ｎｍとなり、それぞれ５〜１０分子層以上の異なった膜質の層（上記の膜部７６ａ，７６ｂに相当）が形成される。上記の条件でマグネット７３を揺動すれば、この層７６ａ，７６ｂが横方向と縦方向（すなわち膜の面内方向と厚み方向）に分散するだけであり、見かけは均一化されているようでも、本質的には膜は均一化なされていない。均一化されていない膜７６の状態を、図８Ａに示す。
【００１１】
図９を参照してＩＴＯ膜の具体的な製作例を説明する。図９では、成膜速度を１００ｎｍ／ｍｉｎ  とし酸素分圧を変化させて成膜を行った場合における、エロージョン部に対向する膜部、非エロージョン部に対向する膜部の各々の比抵抗値の酸素分圧依存特性を示す。９１はエロージョン部に対向して形成されるＩＴＯ膜の比抵抗値の酸素分圧依存特性を表す曲線、９２は非エロージョン部に対向して形成されるＩＴＯ膜の比抵抗値の酸素分圧依存特性を表す曲線である。これらの特性曲線９１，９２は、マグネット７３を揺動させていない場合の曲線を示す。図９で明らかなように、特性曲線９１では最適酸素圧力は２×１０−５Ｔｏｒｒ、特性曲線９２では最適酸素圧力は８×１０−５Ｔｏｒｒであり、それぞれで２×１０−４Ωｃｍ程度の最小比抵抗値をとる。なお図９に示すように、それぞれの特性曲線９１，９２で最適酸素分圧以外では膜特性（特に比抵抗値）は急激に劣化する。
【００１２】
図７と図８に示した成膜状態では、膜７６全体の最小比抵抗値は、各膜部７６ａ，７６ｂのそれぞれの最小比抵抗値よりも大きくなる。図１０に、図９で示した揺動させていないときの特性曲線９１，９２に加えて、マグネットを揺動させた場合における膜全体の比抵抗値の酸素分圧依存性の特性曲線を示す。９３は膜全体の比抵抗の酸素分圧依存特性曲線である。ターゲット７１におけるエロージョン部と非エロージョン部の面積が同じであると仮定すると、図１０の特性曲線間の矢印で示したように、特性曲線９３は、揺動させていないときの各特性曲線９１，９２の平均値となることが推測される。このため、膜全体としての特性曲線９３では最小比抵抗値をもたらす最適酸素分圧は５×１０−５Ｔｏｒｒ程度、最小比抵抗値は３×１０−４Ωｃｍ程度となる。
【００１３】
上記のように、酸素ガス添加の反応性マグネトロンスパッタ法によるＩＴＯ膜の作製では、膜全体としての比抵抗値が大きくなるという問題があった。
【００１４】
なお均一な膜質を持つ薄膜の作製を行うためには、原理的に次のような方法を考えることができる。例えば新たにガスパイプを設置したりまたはターゲットに孔を開けたりして、ガスパイプまたは孔から反応性ガスを吹き出し、圧力差がつくようにして、エロージョン部上と非エロージョン部上で共に反応性ガスの分圧を最適にする方法である。しかしこのような対策は、反応性ガスの分圧の制御が難しく完璧な効果を期待できない上、別の機構を付加するために費用がかかり、またパーティクルが増加するなどの大きな問題があり、実用的とは言えない。またこの方法は、圧力差自体を揺動させることが難しいので、揺動マグネトロンスパッタ法には適用することが困難である。
【００１５】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、ターゲット背面に配置したマグネットで生成される磁場に起因してターゲット上にエロージョン部と非エロージョン部が存在する場合に、磁場と基板の相対的位置を最適に揺動させて均一でかつ良好な膜質を持つ薄膜を作製できるマグネトロンスパッタ法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明に係るマグネトロンスパッタ法は、薄膜を構成する元素を含むターゲットを使用すると共に薄膜を構成する他の元素を反応性ガスとして導入し、ターゲットの近傍に磁場を生成し、この磁場と基板の相対的位置を揺動させ、磁場に起因して生成されたプラズマでターゲットをスパッタして基板に前記薄膜を作製するマグネトロンスパッタ法であり、薄膜で単分子層が形成される間に、成膜される各場所が、ターゲット上のエロージョン部および非エロージョン部に複数回以上対向するように、揺動の速度と薄膜の成膜速度との関係を設定する方法である。
【００１７】
第２の本発明に係るマグネトロンスパッタ法は、第１の発明において、ターゲットをＩＴＯ材で形成しかつ反応性ガスとして酸素ガスを導入し、基板にＩＴＯ膜を作製する方法である。
【００１８】
第３の本発明に係るマグネトロンスパッタ法は、第１の発明において、薄膜の比抵抗値が実質的に２×１０-4Ωｃｍ程度に維持されるように、揺動の速度と薄膜の成膜速度との関係が設定される。
【００１９】
【作用】
本発明では、ターゲット上に生成される磁場を基板に対し相対的に揺動させる揺動式のマグネトロンスパッタ法で、エロージョン部に依存して成膜された膜、非エロージョン部に依存して成膜された膜という区別が生じないように、プラズマの揺動速度と基板上の薄膜の成膜速度との間で、基板に堆積される薄膜で単分子層が形成される間に、成膜が行われる各場所が、ターゲット上のエロージョン部と非エロージョン部に複数回以上対向する関係を持たせるようにした。換言すれば、揺動式マグネトロンスパッタ法で、プラズマの揺動速度と基板上の薄膜の成膜速度との間で、当該薄膜で基板に堆積される薄膜で単分子層が形成される間に、成膜が行われる各場所が、ターゲット上のエロージョン部と非エロージョン部に複数回以上対向する関係を持たせると、エロージョン部に依存して成膜された膜、非エロージョン部に依存して成膜された膜という区別が生じないことを見出だした。この理由は実施例で説明される。この結果、ターゲット上のエロージョン部と非エロージョン部に関係なく、基板面に均一かつ良好な膜質（ＩＴＯ膜の場合には比抵抗、その他の場合の膜質としては透過率、反射率、色合い、表面の凹凸、磁性等）を持った薄膜を作製することが可能となった。以上の揺動式のマグネトロンスパッタ法は、ターゲット物質と反応性ガスとして導入される添加物質とに基づく反応性マグネトロンスパッタ法、またはＩＴＯ膜を作製する方法、あるいは反応性ガスを導入せず、薄膜を構成する２種類以上含むターゲットをスパッタして薄膜を形成する方法のそれぞれにおいて適用でき、同様な作用を生じさせることができる。
【００２０】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係るマグネトロンスパッタ法を実施する装置の代表的実施例を示し、図１におけるＡは基板と膜の拡大縦断面図、Ｂは装置要部の縦断面図である。なお図１Ａでは、膜厚（上下）方向には拡大して示し、左右方向は大きさと位置については図１Ｂと一致させている。図１において、図示しないスパッタ処理室の内部の減圧空間に設置されたターゲット１１に対向して一定間隔を開けて成膜処理対象である基板１２が配置される。基板１２は、図示しない基板搬入・搬出機構で処理室内に搬入され、静止した状態に配置される。ターゲット１１の背面にはマグネット１３が配置され、このマグネット１３はマグネット揺動機構１４の作用でターゲット１１の背面側で揺動される。マグネット揺動機構１４は、カムやモータ等を用いて構成され、その構造は任意である。
【００２２】
マグネット１３は、図１Ｂに示すように、中央にＮ極、その外側にＳ極を備え、中央のＮ極から両側のＳ極に向かって磁力線が生じ、磁場が生成される。マグネット１３の平面形状について、中央のＮ極は例えば棒状の中心磁極、外側のＳ極は中心磁極を囲む環状（またはドーナツ状）の周囲磁極であり、軸対称の形状を有する。従って、マグネット１３で生成される磁場も、軸対称の環形状を有している。この磁場はターゲット１１上の或る領域において平行状態で生成され、磁場が平行に生成された領域がエロージョン部となる。またターゲット１１には図示しない電源によって所要の電圧が印加され、電場が生成される。印加される電圧は、例えば負のＤＣ電圧またはＲＦ電圧である。処理室内は減圧状態にあり、その内部にはよく知られたガス導入機構（図示せず）によって例えばＡｒガス等の希ガスと反応性ガス１５とが導入される。Ａｒガスは例えば１０−３Ｔｏｒｒ程度のガス圧力で満たされる。Ａｒガスおよび反応性ガスは電場と磁場の作用によって部分的にプラズマ化され、これによりターゲット１１と基板１２の間の空間にスパッタ作用に関与するプラズマ１６が生成される。本実施例では、磁場の分布状態に応じて環状のプラズマ領域が生成される。
【００２３】
プラズマ１６によるスパッタ作用に基づいてターゲット１１からターゲット物質が発生し、これにより基板１２の表面（ターゲット対向面）に薄膜１７が形成される。本実施例では、基板１２に形成される薄膜１７は、例えば透明導電膜のＩＴＯ膜（インジウム−錫酸化物である薄膜）である。ＩＴＯ膜の成膜では、ターゲット物質としてＩＴＯ材を使用し、さらに不足する酸素を補給するため、反応性ガス１５として酸素が導入され、成膜時に添加される。
【００２４】
ターゲット１１の表面には、上記の環状のプラズマ１６の生成位置に対応して環状のエロージョン部１８と、プラズマ１６の中央位置に非エロージョン部１９が生じる。ただし図１では、縦断面図で示しているので、２箇所のエロージョン部とそれらの中間部の非エロージョン部が示される。なお、環状のエロージョン部１８について、図１の紙面に直交する方向における両端周辺部のエロージョン部は極めて小さい面積しか持たないので、以下の説明では無視する。
【００２５】
マグネット１３は、マグネット揺動機構１４によって、図１Ｂに示した状態で非エロージョン部１９の中心からいずれか一方のエロージョン部１８の中心までの距離を振幅（全幅）として揺動している。マグネット１３の揺動に対応してプラズマ１６も揺動し、そのため、プラズマ１６の生成位置に対応してターゲット１１上に生成されるエロージョン部１８と非エロージョン部１９の存在位置も揺動することになる。その結果、基板１２における薄膜が作製される各場所に対しては、エロージョン部１８と非エロージョン部１９が交代で交互に対向することになる。図１Ｂにおいて、２０はマグネット１３の揺動の動きを概念的に示すものである。
【００２６】
マグネット揺動機構１４に基づくマグネット１３の揺動について詳しく説明する。この実施例に基づく揺動の動き２０では、マグネット１３の揺動速度と基板１２上に作製される薄膜１７の成膜速度との間で、薄膜１７において例えば単分子層が形成される時間内に薄膜１７の各場所がターゲットのエロージョン部１８と非エロージョン部１９に１回以上対向するという関係が満足されることが条件として要求される。すなわち、揺動速度Ｒを単位時間当たりのサイクル（往復回数）、また成膜速度Ｄを単位時間当たりに形成された分子層で表現したとき、次のような関係が満足されることが条件となる。
【００２７】
【数１】
Ｒ＞Ｄ
【００２８】
例えば、一般的な条件として、成膜速度１００ｎｍ／ｍｉｎ  、単分子層を１ｎｍとするとき、Ｄ＝１００単分子層／ｍｉｎとなり、Ｒ＞１００ｒｐｍ  （回／ｍｉｎ  ）を満足することが必要である。なお揺動の振幅を大きくし、基板１２上の各点に対して２つのエロージョン部１８が通過するようにした場合には、１サイクルあたりのエロージョン部１６、非エロージョン部１９の対向状態の交代は２倍となるので、Ｒ＞Ｄ／２、Ｒ＞５０ｒｐｍ  で良いことになる。
【００２９】
マグネット１３の揺動速度と基板１２上に作製される薄膜１７の成膜速度に関して上記の条件が満足されるようにマグネット１３の揺動を行うと、基板１２上に作製される薄膜１７は、本質的に均一化された膜となる。すなわち、基板１２上で堆積される薄膜１７において単分子層が形成される間に、ターゲット１１のエロージョン部１８と非エロージョン部１９に複数回対向するため、この状態では異なる膜質の層が形成されることがなく、横／縦方向（膜の面内／厚み方向）に全く同じ層が形成される。さらに、反応性ガス１５の最適値は、単分子層づつ膜が形成されていく条件により決定されるため、その最適値は薄膜１７の全体で一定の値となる。言い換えれば、図１０を参照して説明したように単に分散しただけの２種類の異なる膜質の平均値とはならず、膜全体としての本質的な最適値をとることができる。本実施例のような成膜状況下では、エロージョン部１８上の膜とか、非エロージョン部１９上の膜という概念自体が消失する。そのため、その膜全体の本質的な最適値に反応性ガスの分圧を設定すれば、膜全体としての膜質は改善される。
【００３０】
上記の成膜状態を、ＩＴＯ膜に関して、図２〜図４の模式図を参照して分子層形成過程の観点で説明する。図２〜図４では現象を単純化するため、エロージョン部１８上ではすべての酸素が活性化し、非エロージョン部１９上では半分の酸素が活性化していると仮定する。また活性化した酸素はそのすべてが膜形成に寄与すると仮定する。さらに、インジウムと酸素の比率が２：３のときが適正酸素の酸化インジウム膜とし、１：２が酸素過剰の酸化インジウム膜、１：１が酸素不足の酸化インジウム膜とする。
【００３１】
図２は、従来装置の場合における非エロージョン部に対向する基板面での分子層形成過程を示す。図２ではＡからＣへ分子層形成の状態が推移する。この分子層形成過程では、図２Ａに示す１／２分子層形成状態において、単分子当たり２個のインジウム原子３１と４個の酸素原子３２ａ，３２ｂが基板３３の表面上に飛来する。しかし、酸素原子のうち２個（３２ａ）が活性化しているが、残り２個（３２ｂ）は活性化していない。活性化していない酸素原子３２ｂは膜形成には寄与できず、基板３３の表面上から逃げ去ってしまうので、図２Ｂの単分子層形成状態に示すように、酸素不足の状態の酸化インジウム分子３４ａが形成される。図２Ａと図２Ｂの状態を繰り返すことにより、図２Ｃの数分子層形成状態に示されるように、基板３３上にはインジウムと酸素の比率が１：１である酸素不足の酸化インジウム膜３５が形成される。
【００３２】
図３は、従来装置の場合におけるエロージョン部に対向する基板面での分子層形成過程を示す。図３ではＡからＣへ分子層形成の状態が推移する。図３Ａに示す１／２分子層形成状態において、単分子あたり２個のインジウム原子３１と４個の活性化している酸素原子３２ａが基板３３の表面上に飛来する。４個の酸素原子がすべて活性化しているので、図３Ｂの単分子層形成状態に示すように、酸素過剰の状態の酸化インジウム分子３４ｂが形成される。図３Ａと図３Ｂの状態を繰り返すことにより、図３Ｃの数分子層形成状態に示されるように、基板３３の表面上にはインジウムと酸素の比率が１：２である酸素過剰の酸化インジウム膜３４が形成される。
【００３３】
図４は前述の実施例で説明したマグネトロンスパッタ法に基づく分子層形成過程を示す。図４ではＡからＤへ分子層形成の状態が推移する。この分子層形成過程では、単分子層が形成される時間内に、基板１２の表面の各部（または薄膜の各部）がターゲット１１のエロージョン部１８と非エロージョン部１９が丁度１回交代して対向するように揺動を行う。すなわち、仮に前半の１／２分子層が形成されるまでは非エロージョン部１９に対向し（図４Ａ）、後半の１／２分子層が形成されるまではエロージョン部１８に対向する（図４Ｂ）。前半の１／２分子層形成状態では、図４Ａに示されるように、非エロージョン部１９に対向するため、単分子あたり１個のインジウム原子３１と１個の活性化された酸素３２ａ、および１個の活性化されていない酸素原子３２ｂが飛来する。このため、基板１２上にはインジウムと酸素の比率が１：１である酸化インジウム膜（１／２分子層）が形成される。後半の１／２分子層形成状態では、図４Ｂに示されるように、エロージョン部１８に対向するため、単分子あたり１個のインジウム原子３１と２個の活性化された酸素原子３２ａが基板１２上に飛来する。このため、後半のみでは、インジウムと酸素の比率が１：２である酸化インジウム膜（１／２分子層）が形成される。従って単分子層全体でみれば、図４Ｃに示されるように、単分子あたり２個のインジウム原子と３個の活性化された酸素原子が飛来してきたことになり、適正な酸素の酸化インジウム分子３４ｃが形成される。最終的に図４Ｄに示されるようにインジウムと酸素の比率が２：３の適正酸素による酸化インジウム膜（前述の薄膜１７）が形成される。
【００３４】
基板１２の上に作製される薄膜１７において、酸素が過剰あるいは不足であるというのは、物性の特性または概念である。すなわち、単分子層以上の膜が形成されて（すなわち結晶が組まれて）初めて発現する特性あるいは概念である。これは、巨視的レベルの概念とも言える。このような観点から、本発明の特徴を表現すれば、「巨視的レベルでの酸素の過剰、不足の特性・概念が発現する以前に、微視的レベルでの平均化動作を行うことにより、膜として本質的、原理的な均一化を達成している」ことになる。
【００３５】
図５に、上記実施例によるマグネトロンスパッタ法をＩＴＯ膜の作製へ適用した場合の比抵抗値の酸素分圧依存性を示す。図５において、４１は本発明による特性曲線、９１は前述した従来での揺動させていない時のエロージョン部に対応する特性曲線、９２は前述した従来での非エロージョン部に対応する特性曲線、９３は前述した従来での揺動させている時の特性曲線を示す。また図６に、作製された薄膜の拡大断面図を示す。図６において、Ａは本発明による特性曲線４１に対応する薄膜の拡大断面図、Ｂ〜Ｅは従来方法による特性曲線９３に対応する薄膜の各種の拡大断面図である。
【００３６】
従来例での曲線９３に対応する薄膜の拡大断面図（図６のＢ〜Ｅ）は、揺動速度と成膜速度の関係が異なるものを示している。これらはそれぞれの膜厚に差はあるものの、膜質の異なる層（前述の膜部７６ａ，７６ｂに対応）が存在しているという点では本質的な差はない。従って、これらの薄膜に対応する特性曲線はすべて特性曲線９３になり、膜全体の比抵抗は大幅に劣化する。これに対して本発明による方法では、拡大断面図Ａに示すように、薄膜１７において膜質の異なる層は全く存在せず、完全に均一となっており、このため対応する特性曲線は特性曲線４１となり、膜全体の比抵抗値は劣化せず、２×１０−４Ωｃｍ程度を維持することができる。
【００３７】
上記のように本発明に係るマグネトロンスパッタ法によれば、反応性マグネトロンスパッタ法においても所定の全体の膜質（比抵抗）を劣化させることなく、良好な膜を作製することができる。
【００３８】
上記の実施例では、揺動速度と成膜速度の関係を、単分子層の形成時間内にエロージョン部と非エロージョン部の対向関係が１回以上交代するようにしたが、本発明によるマグネトロンスパッタ法としては、必ずしも厳密にこの範囲に限定されない。
【００３９】
薄膜形成に関して、ミクロ的には、次の２つの状況も考えられる。第１に、或る単分子層は、その下地の膜やその上に後から形成される膜、すなわち上下の層と完全に独立した振る舞いをする訳ではなく、膜の形成中や膜の形成後にも上下の層と相互に作用しあって最終的な状態に落ちつくこともある。この影響し合う範囲は、成膜速度や膜の温度によっても異なるが、一般に２〜３層相当に及ぶ。多くとも３層である。第２に、成膜速度から計算された平均的な単分子層形成時間以内にも、数分子層（５よりも小さい分子層数）の局所的な膜（島状構造）が形成されることもある。特に成膜初期の層ではこの傾向が強い。
【００４０】
上記のことを考慮すると、本発明による作用または効果は、揺動速度／成膜速度の或る特定値から急激に発現するのではなく、或る範囲で緩やかに発現していくと考えられる。具体的には、Ｒ＝Ｄ／３程度から本発明の作用・効果が発現し始め、Ｒ＝１．５Ｄ程度で効果が飽和すると考えられる。従って、揺動速度と成膜速度の関係はＲ＞１．５Ｄの関係を満足するのが最も望ましいが、Ｒ＞Ｄ／３でも本発明の作用・効果は期待することができる。
【００４１】
また上記の実施例では、本発明の作用・効果が顕著に発現するガス反応利用の反応性マグネトロンスパッタ法を示したが、必ずしもこれに限定されない。例えば、反応性ガスを利用せず、２種類以上の元素により構成されるターゲットにおいて、そのうちの或る元素が反応性であってプラズマにより活性化され、エロージョン部および非エロージョン部に対応して膜質に差が出てしまうものであれば、本発明による方法により同様の作用・効果が期待することができる。要するに、マグネトロンスパッタ法において、揺動させないとエロージョン部に対向する薄膜作製部分と非エロージョン部に対向する薄膜作製部分の間で異なる膜質の薄膜部が形成されてしまうものであれば、本発明の作用・効果が期待される。
【００４２】
さらに上記の実施例では、揺動の動き２０は矩形的なものを示したが、当然ながら必ずしもこれに限定されない。例えば、より簡便な正弦波的なものでも構わない。
【００４３】
また、磁場を揺動させるのにマグネット１３を機械的な機構によって移動させたが、必ずしもこれに限定されない。例えば、電磁的に磁場を揺動させても構わないし、磁場の発生自体を電磁的に行っても構わない。
【００４４】
また、マグネットと基板等をそれぞれ単一としたが、必ずしもこれに限定されない。大きな面積の箇所により均一に薄膜を作製するため、複数個のマグネットを用いることもできるし、多数の基板を同時に成膜するために複数の基板を用いることもできる。
【００４５】
また、基板を静止し磁場を揺動させたが、必ずしもこれに限定されない。例えば、基板を揺動し磁場を静止させてもよいし、両者を揺動させてもよい。要するに、基板と磁場の相対位置を揺動させればよいのである。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、ターゲット上に生成される磁場と基板の相対的な位置を揺動させる揺動式のマグネトロンスパッタ法において、揺動の速度と成膜速度との間で、薄膜で多くとも３分子層相当の厚みが形成される時間内に成膜される各場所がターゲットに形成されたエロージョン部と非エロージョン部に１回以上対向する関係を持たせたため、エロージョン部によって成膜された膜あるいは非エロージョン部によって成膜された膜という区別がなくなり、基板面に均一なかつ良好な膜質（比抵抗等）を持った薄膜を作製することができる。ターゲット物質と反応性ガスとして導入される添加物質とに基づく反応性マグネトロンスパッタ法、ＩＴＯ膜作製法、あるいは反応性ガスを導入せず、薄膜を構成する２種類以上含むターゲットをスパッタして薄膜を形成する方法において、同様な効果を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマグネトロンスパッタ法を実施する装置の要部構成を示す縦断面図である。
【図２】従来のマグネトロンスパッタ法による非エロージョン部に基づく分子層形成過程を説明するための図である。
【図３】従来のマグネトロンスパッタ法によるエロージョン部に基づく分子層形成過程を説明するための図である。
【図４】本発明に係るマグネトロンスパッタ法による分子層形成過程を説明するための図である。
【図５】本発明に係るマグネトロンスパッタ法をＩＴＯ膜の作製へ適用した場合の比抵抗値の酸素分圧依存性と、従来の方法による比抵抗値の酸素分圧依存性とを示す図である。
【図６】本発明による方法で作製された薄膜の状態と、従来の方法で作製された各種の薄膜の状態を示す縦断面図である。
【図７】従来のマグネトロンスパッタ法を実施する装置の要部構成を示す縦断面図である。
【図８】図７に示した装置において揺動を行うようにした構成を示す図である。
【図９】従来のマグネトロンスパッタ法をＩＴＯ膜の作製へ適用した場合の比抵抗値の酸素分圧依存性を示す図である。
【図１０】従来のマグネトロンスパッタ法を適用して作製した薄膜の全体的な比抵抗値の酸素分圧依存性を説明するための図である。
【符号の説明】
１１                                    ターゲット
１２                                    基板
１３                                    マグネット
１４                                    マグネット揺動機構
１５                                    反応性ガス
１６                                    プラズマ
１７                                    薄膜
１８                                    エロージョン部
１９                                    非エロージョン部
２０                                    揺動の動き
【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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【図９】
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【図１０】
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