(57)【要約】【課題】  簡略な装置構成で高品質な薄膜を、安価に提供することができるスパッタリング装置及び方法を提供する。【解決手段】  ターゲット材７とガスとを反応させて薄膜を形成する反応性スパッタリング方法であり、プラズマを発生させる際に直流電源２０からの電流の波形をパルス化してターゲット材に印加することにより形成する薄膜の第１種の薄膜層３２と、直流電源からの電流の波形を連続波としてターゲット材に印加することにより形成する薄膜の第２種の薄膜層３１とを繰り返し積層して薄膜を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット材とガスとを反応させて薄膜を形成する反応性スパッタリング方法であり、
プラズマを発生させる際に直流電源からの電流の波形をパルス化して前記ターゲット材に印加することにより形成する前記薄膜の第１種の薄膜層と、前記直流電源からの前記電流の波形を連続波として前記ターゲット材に印加することにより形成する前記薄膜の第２種の薄膜層とを繰り返し積層して前記薄膜を形成する、スパッタリング方法。
【請求項２】
前記パルス化して印加する前記電流の波形が、周波数１ｋＨｚ以上でかつ１００ｋＨｚ以下であり、その一周期における電力を印加する時間の割合が０．１％以上３０％以下である、請求項１に記載のスパッタリング方法。
【請求項３】
前記繰り返し積層するとき、前記積層する２種類の薄膜層がＳｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、のうち少なくとも一種類の材料を含んでおり、さらにその材料の酸化窒化物である、請求項１又は２に記載のスパッタリング方法。
【請求項４】
前記繰り返し積層するとき、前記積層する薄膜層が、相対的に高い屈折率を持つ薄膜層と相対的に低い屈折率を持つ薄膜層とが交互に構成されている、請求項１から３のいずれか１つに記載のスパッタリング方法。
【請求項５】
ターゲット材とガスとを反応させて薄膜を形成する反応性スパッタリングを行うときにプラズマを発生させる際に直流を印加する直流電源と、
前記直流電源からの電流の波形をパルス化して前記ターゲット材に印加可能なパルス化ユニットと、
スパッタリング成膜中の前記ターゲット材と前記ガスとの反応割合を制御し、薄膜中に存在するガス由来元素の比率の異なる２種類以上の薄膜層を形成するために前記パルス化ユニットの動作をオンオフ制御する制御部とを備えるスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ又はガラス等の基板に対する薄膜の形成を行う、スパッタリング装置及びその方法のうち、特に２種類以上の物性の異なる膜を積層する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信用波長分波器に用いられる光学フィルタ、デジタルカメラのレンズ表面に形成される反射防止膜、又は、プロジェクタでＲＧＢの光を分けるダイクロイックミラーなどに代表される薄膜光学デバイスには、相対的に屈折率の高い薄膜層と低い薄膜層との多層積層構造となっている。その層数は、求められる精度により、おおよそ５層から数十層程度である。多くの場合、前記の高屈折率材料と低屈折率材料とは、異なる金属の酸化物で構成される。例えば、高屈折率材料として、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，又はＴｉＯ２などであり、低屈折率材料として、ＳｉＯ２，又はＭｇＦ２などである。これらの材料を用いてスパッタリング法により積層膜を形成するためには、少なくとも２つのターゲットが必要である。さらに、ターゲット材料を最終的に積層膜として必要な酸化物で製造する場合、セラミックの焼結ターゲットとなることから比較的高価なものとなり、取扱いも困難となる場合がある。また、酸化物ターゲットをアルゴンガスのみの雰囲気でスパッタリングすると、若干の酸素不足が生じる。ＳｉＯ２の場合、ＳｉＯｘ（ｘ＜２）となる。この酸素不足を補うために、アルゴンガスに３％程度の酸素ガスを添加することが一般的に行われるが、その場合は成膜レートが低下するという生産上の問題が生じてしまう。上記のように、設備として煩雑にならざるを得ず、装置内でのお互いの材料による不純物汚染（コンタミネーション）の発生も否めない。
【０００３】
従来、このような積層薄膜の形成をねらったスパッタリング装置の一つとして、カルーセル型スパッタリング装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そこで、図５及び図６を参照しながら、従来の積層薄膜スパッタリング装置及び方法について説明する。
【０００５】
図５は、従来の積層薄膜スパッタリング装置の平面図を示したものである。真空排気可能な四角形の真空チャンバー１０１のうちの一面に、低屈折率材料（例えばＳｉＯ２）の構成材料からなるターゲット７ａ（例えばＳｉ）とそれを取り付けるためのバッキングプレート８ａとのユニットと、真空チャンバー１０１の対向する面に高屈折率材料（例えばＮｂ２Ｏ５）の構成材料からなるターゲット７ｂ（例えばＮｂ）とそれを取り付けるためのバッキングプレート８ｂとのユニットが設置されている。前記２つのターゲット７ａ，７ｂが取り付けられていない、真空チャンバー１０１の面に、前述の２つの材料（ＳｉとＮｂ）を酸化させ、それぞれＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５とするための酸素プラズマを発生させるための、誘導結合型プラズマ発生装置５１と高周波放電室５２とのユニットが設けられている。
【０００６】
それぞれの成膜材料又は酸素プラズマの相互作用を極力抑制するために、遮蔽板５６ａ，５６ｂ，５６ｃが、それぞれのユニットを隔離するように設置されている。また、スパッタリング用の直流電源３０ａ，３０ｂがそれぞれバッキングプレート８ａ，８ｂに接続されている。プラズマ発生用のガスについては、マスフローコントローラ（図示していない）を経て、ガス供給ユニット４ａ，４ｂ，４ｃによって前記遮蔽板５６ａ，５６ｂ，５６ｃの内側に供給される。
【０００７】
高周波放電室５２のまわりにはプラズマ発生用の高周波コイル５３が巻かれている。この高周波コイル５３への高周波印加は、高周波電源５５とマッチングボックス５４とにより行われる。
【０００８】
真空チャンバー１０１の中心部には、概円柱形の基板ホルダー１０５がある。円柱と記したが、実際は側面に基板を取り付ける関係上、正多角形の構造としていることが多い。基板ホルダー１０５は、図５中に矢印で示したように回転する構造となっている
次に、成膜方法について、図５及び図６を用いて説明する。
【０００９】
図６に成膜のフローチャートを示す。図５及びその記号番号を用いて説明する。
【００１０】
まず、基板を投入する。この場合は、基板ホルダー１０５の側面に、成膜しようとする基板を取り付けることである。基板を基板ホルダー１０５に取り付けた後、真空チャンバー１０１を真空排気する。油回転ポンプで粗引きを行い、次いで、ターボポンプ及びクライオパネルで１０−５Ｐａ台まで高真空排気を行うのが一般的である。予め設定しておいた到達真空度に到達すれば、まず、第１層、例えば低屈折率材料ＳｉＯ２のスパッタリング成膜するためのガスを導入し、圧力を調整する。この場合、図５のガス供給ユニット４ａを用いてＳｉターゲット付近にアルゴンガスを供給し、ガス供給ユニット４ｃを用いて高周波放電室５２に酸素ガスが供給される。また、圧力調整機構（図示していない）によって真空チャンバー１０１内の圧力が所定の値に調整される。また、これと同時に基板ホルダー１０５を回転させる。
【００１１】
その後、プラズマを発生させるために、直流電源３０ａ及び高周波電源５５を起動させ、所定の電力をそれぞれバッキングプレート８ａと高周波コイル５３とへ印加する。この時点から成膜時間の計測が開始される。
【００１２】
このとき、基板ホルダー１０５に取り付けられた基板には、ターゲット７ａの前を通過した際に極めて薄いＳｉ薄膜が形成され、次に、高周波放電室５２の前を通過した際に前述のＳｉに酸素プラズマにより生成された成分が作用し、ＳｉＯ２に変換される。これを繰り返すことによって、ＳｉＯ２薄膜が基板に形成されていく。
【００１３】
所定の成膜時間が終了すると、直流電源３０ａと高周波電源５５とを切断し、成膜を停止させる。次いで、ガス供給ユニット４ａ、４ｃによるガス供給及び圧力調整も停止し、真空排気状態とする。
【００１４】
次に、第２層である、例えば高屈折率材料Ｎｂ２Ｏ５のスパッタリング成膜を行う。この場合も、前記第１層の場合と同様の手順で成膜を開始し、ターゲット７ｂの前を通過した際に極めて薄いＮｂ薄膜が形成され、次に、高周波放電室５２の前を通過した際に前述のＮｂに酸素プラズマにより生成された成分が作用し、Ｎｂ２Ｏ５に変換される。これを繰り返すことによって、Ｎｂ２Ｏ５薄膜が基板に形成されていく。
【００１５】
上記の２層の積層を繰り返すことにより、所望の積層薄膜が形成される。最終層が終了すると、真空チャンバー１０１に窒素ガス等を導入して大気開放し、成膜済み基板を取り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平８−１７６８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、前述の従来の方法では、設備コスト、生産性、及び品質の面で課題がある。まず、設備コストについて、従来の方法では、成膜したい材料の数だけターゲットを準備しなければならないし、それらのターゲットを取り付ける箇所を考慮すると、真空チャンバーの容積が増えることが避けられない。一般的に、スパッタリング装置などの薄膜形成装置のコストの大部分を占めるのが、真空排気のためのポンプ、圧力調整のためのバルブ等の機構、そして電源である。真空チャンバーの容積が増えれば、ポンプをより大型で排気速度の大きなものを選定することとなり、圧力調整のバルブは基本的にポンプのサイズに合わせるので、これも同時に大きなものを選定することとなり、コストアップの要因となる。また、ターゲットの数が増えれば、電源のコストも増え、全体的に設備費が増大するのである。
【００１８】
次に、生産性の面について、図６を用いて述べたように、従来の方法ではガスの切り替え、圧力調整などの切り替え時間が必要であり、積層する総数が増えるほどそれに要する時間が増える。また、圧力が安定するまでの時間に流れるガスは生産に寄与せずにそのまま排気されるため無駄となってしまう。
【００１９】
最後に、品質の面である。図５を用いて述べたように、それぞれのターゲット７ａ，７ｂ又は高周波放電室５２は、遮蔽板５６ａ，５６ｂ，５６ｃで仕切られているものの、回転体である基板ホルダー１０５との間には一定のクリアランスを設ける必要が有り、相互の影響は否定できない。特に高周波放電室５２から酸素プラズマ成分が放電していないターゲットに到達した場合は、ターゲット表面の酸化が起こる可能性が有り、次にそのターゲットを用いて成膜した薄膜の組成又は屈折率などの品質に影響を及ぼす恐れがある。
【００２０】
本発明は、上述のような従来方法の課題を解決するものであり、簡略な装置構成で高品質な薄膜を、安価に提供することができるスパッタリング装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の１つの態様にかかるスパッタリング装置は、
ターゲット材とガスとを反応させて薄膜を形成する反応性スパッタリング方法であり、
プラズマを発生させる際に直流電源からの電流の波形をパルス化して前記ターゲット材に印加することにより形成する前記薄膜の第１種の薄膜層と、前記直流電源からの前記電流の波形を連続波として前記ターゲット材に印加することにより形成する前記薄膜の第２種の薄膜層とを繰り返し積層して前記薄膜を形成する。
【００２２】
本発明の別の態様にかかるスパッタリング装置は、
ターゲット材とガスとを反応させて薄膜を形成する反応性スパッタリングを行うときにプラズマを発生させる際に直流を印加する直流電源と、
前記直流電源からの電流の波形をパルス化して前記ターゲット材に印加可能なパルス化ユニットと、
スパッタリング成膜中の前記ターゲット材と前記ガスとの反応割合を制御し、薄膜中に存在するガス由来元素の比率の異なる２種類以上の薄膜層を形成するために前記パルス化ユニットの動作をオンオフ制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の前記態様によって、直流電源からターゲット材に流れる電流をパルス化可能とし、パルス化をオンオフ制御してターゲット材に印加する電流の波形をパルス波形と連続波形との間で変化させるようにしている。このように構成することにより、１種類のターゲットのみでも、例えば屈折率の異なる２種類の薄膜層の形成を可能とすることで装置の構成を簡略化し、設備コストを低減することができる。結果として、このような装置で製造される製品を、より低価格で提供することができる。また、その際、ガス及び圧力の切り替えが不要で有り、他材料との相互影響も発生しないので、高生産性と高品質とを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明における実施の形態１のスパッタリング装置の、概略断面図
【図２】本発明における実施の形態１のスパッタリング方法を示すフローチャート
【図３】本発明における実施の形態１で形成した積層薄膜の概略断面図
【図４】本発明における実施の形態２で形成した積層薄膜の概略断面図
【図５】従来の積層薄膜用スパッタリング装置の概略平面図
【図６】従来の積層薄膜用スパッタリング方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
始めに、図１を主として参照しながら、実施の形態１のスパッタリング装置の構成について説明する。なお、他の実施の形態２についても同様である。
【００２７】
ここに、図１は、本発明における実施の形態１のスパッタリング装置の概略断面図である。スパッタリング装置は、真空チャンバー１と、真空ポンプ２と、ガス供給源４と、バッキングプレート８と、直流電源２０と、パルス化ユニット２１と、制御部の一例として機能する電源・パルスコントローラ２２と、基板ホルダー５とを備えている。
【００２８】
真空チャンバー１は、ゲートバルブ３を介して接続された真空ポンプ２で排気することによって、真空状態への減圧を行うことができる。
【００２９】
ガス供給源４は、スパッタリングに必要なガスを真空チャンバー１へ一定速度で供給することができる。ガス供給源４で供給するガスは、例えば窒素又は酸素など目的の材料と反応性を持ったガス、又は、反応性を持ったガスとアルゴンなどの希ガスとの混合ガスなどが選択できる。
【００３０】
ゲートバルブ３は、その開閉率を変化させることで、真空チャンバー１内の真空度を所望のガス圧力に制御することができる。
【００３１】
図１において、真空チャンバー１の上部内には、ターゲット材７が配置されている。ターゲット材７は、任意のスパッタ材料であるが、例えば金属材料又は半導体材料などの無機材料である。本実施の形態１の場合は、一例としてＳｉである。
【００３２】
バッキングプレート８は、真空チャンバー１の上部内に配置されて、後述する基板ホルダー５に対向するように、ターゲット材７を支持している。
【００３３】
直流電源２０は、パルス化ユニット２１とバッキングプレート８とを介して、ターゲット材７に電気的に接続され、ターゲット材７に電圧を印加することができる。
【００３４】
パルス化ユニット２１は、直流電源２０によって発生した直流電流を、内蔵するコンデンサ等に蓄積し、内蔵する半導体スイッチング素子等によりオン又はオフして、パルス化することができる。
【００３５】
電源・パルスコントローラ２２は、成膜しようとする層の屈折率の高低を予め入力された条件から読み取り、読み取った情報と直流電源２０とパルス化ユニット２１とに接続され、予め入力された設定値に基づいて、直流電源２０の電力値及びパルス化ユニット２１へ指示するパルスのオン時間及びオフ時間を制御する。
【００３６】
マグネット９及びヨーク１０は、真空チャンバー１の上部内のバッキングプレート８の裏面に配置され、ターゲット材７の表面に磁場を発生させることができる。
【００３７】
図１において、真空チャンバー１の下部内には、基板６を支持する基板ホルダー５が配置されている。基板ホルダー５は基板６の下部に配置され、バッキングプレート８で支持されたターゲット材７の表面に基板６の表面が対向するように、基板６を支持する。
【００３８】
ここで、本実施の形態のスパッタリング装置を構成する重要な技術について説明する。
【００３９】
本発明者は、反応性スパッタリング工法において、プラズマ発生のために印加する電流として、従来の連続波と、１０マイクロ秒程度の短時間に電力を集中して印加するパルス波とを使い分けることにより、同じガス流量及び圧力条件下であっても、作製した薄膜の物性を制御できることを見出した。金属もしくは半導体ターゲットを用いて、酸化窒化膜を形成するプロセスにおいて、プラズマ発生のための電力を５マイクロ秒程度の短時間に印加することにより、瞬間的に大電力が印加されることとなる。例えば、１００Ｗの連続波を用いた直流スパッタリングに比べて、パルス周期の１００分の１の時間のみに集中して同様の電力を消費しようとすると、瞬間的に１００倍の１００００Ｗの電力が印加されることになる。この瞬間的に大電力が印加されることで、解離エネルギーが比較的高いといわれ、従来では解離が困難である窒素ガスの解離が促進され、反応性の高い原子状窒素又はラジカル状態の窒素が発生する。これにより、薄膜の窒化が促進され、結果として、連続波を用いた直流スパッタリングで得られる薄膜に比べて、窒素濃度比の高い薄膜が得られるのである。
【００４０】
実施の形態１における検討結果を以下に簡単に記す。
【００４１】
ターゲット材としてＳｉを用い、ガスとして窒素ガスと酸素ガスとを用い、全ガス流量に対する酸素ガスの流量比を２％とした。連続波の直流スパッタリングと、パルススパッタリングとでそれぞれ作製した薄膜の屈折率を比較した。パルスの条件は、周波数１０ｋＨｚで、電力を印加するデューティー比は５％とした。ここで、通常の連続波の直流スパッタリングで作製した薄膜の屈折率は１．５４であるが、本実施の形態のパルススパッタリングで作製した薄膜の屈折率は１．７５であり、有意差が見られた。ＳｉＯ２のバルクの屈折率が約１．４５であり、Ｓｉ３Ｎ４が約２．０２であり、本実施の形態の薄膜の屈折率である１．７５は、それらの間の値を示しているので、ＳｉＯＮ膜の窒素比率の差による屈折率差であると考えられる。
【００４２】
ここで、このパルススパッタリングのパルスの周波数について、低周波側、例えば１ｋＨｚ未満の条件では、本発明者の検討においては、プラズマ放電が極めて不安定となり、また高周波側は例えば１００ｋＨｚを超えると、一周期が１０マクロ秒程度となり、電源装置の制約などでデューティー比を所望の値まで下げることができないことがわかった。そのため、周波数については、１ｋＨｚ以上でかつ１００ｋＨｚ以下が適当であると考える。
【００４３】
また、一周期における電力を印加する時間の割合について、前記の、瞬間的に大電力を印加する目的の達成のためには短時間であることが望ましいが、０．１％未満においては、電力の立ち上がりの途中であり、設定の電力に達するための時間が不十分である。また３０％を越えた付近から、前述の窒素ガスが解離されてできる原子状窒素又はラジカル状態の窒素が減少し、５０％程度になると通常の直流スパッタと変わらない状況となる。従って、一周期における電力を印加する時間の割合については、０．１％以上３０％以下が適切と考える。
【００４４】
シリコンの酸化窒化膜である、ＳｉＯＮの場合、窒素比率の多少によって、膜の密度又は屈折率、又は、膜の残留応力等の特性に差が生じることが知られている。一般的に、窒素比率が増えると、膜の密度及び屈折率及び残留応力は増加する方向であることが知られている。用途を例に挙げて言い換えると、窒素比率が増えると密度が高くなるので、水分又はガスを通しにくくなり、保護膜としての性能が向上する一方で、残留応力が増大するので、基板又はデバイスの反り又は応力による剥離などを引き起こす原因ともなる。しかしながら、電力印加の方法だけで薄膜の物性を制御できるということは画期的であり、設備の簡略化によるコストダウン、又は、ガス又は圧力条件などのプロセス切り替えに要する時間の削減による生産性の向上など、産業的価値が極めて高い。
【００４５】
次に、本実施の形態１のスパッタリング装置の動作について説明するとともに、本実施の形態１のスパッタリング方法について、図２を用いて説明する。なお、他の実施の形態２についても同様である。また、作製するデバイスとして反射防止膜を例に挙げて説明する。反射防止膜は、図３に示すように、ガラス基板３３の上に、相対的に低い屈折率を持つ薄膜３２と、相対的に高い屈折率を持つ薄膜３１とを交互に積層するデバイスである。相対的に高い屈折率を持つ薄膜３１は、薄膜の第１種の薄膜層の一例であって、例えばＳｉＯｘＮｙ（ただし、ｘ＜ｙ）である。相対的に低い屈折率を持つ薄膜３２は、薄膜の第２種の薄膜層の一例であって、例えばＳｉＯｘＮｙ（ただし、ｘ＞ｙ）である。相対的に高い屈折率を持つ薄膜３１とは、薄膜３２の屈折率よりも高い屈折率を有することを意味している。逆に、相対的に低い屈折率を持つ薄膜３２とは、薄膜３１の屈折率よりも低い屈折率を有することを意味している。
【００４６】
まず、基板投入である（ステップＳ１）。前述の図１の基板６の位置に、成膜しようとする基板６、例えばガラス基板３３を設置する。基板６の設置については、真空チャンバー１を大気開放して直接手で設置する場合、又は、大気開放せずに、ロードロックチャンバーからロボットアーム等を用いて機械で設置する場合もある。
【００４７】
続いて、真空ポンプ２を作動させて真空チャンバー１内が真空状態になるように減圧を行い、所定の真空度に到達した後（ステップＳ２）、ガス供給源４からガスを導入し、所定のガス圧力となるようにゲートバルブ３の開度を調整する（ステップＳ３）。
【００４８】
ガス流量と圧力が安定すると、電力を印加し、プラズマを発生させ、成膜を開始するが、最終層の積層が終わるまで、層の切り替えの際にパルス波と連続波との切り替えを行うが、電力印加は中断しない。ガスの供給と圧力調整も同様である。
【００４９】
まず、第１層の屈折率の高低を予め入力された条件から電源・パルスコントローラ２２で読み取る（ステップＳ４）。高屈折率の層３１であれば、直流電源２０とパルス化ユニット２１とに電力発生条件及びパルス発生条件をそれぞれ指示し、電力を印加すると同時に成膜が始まる（ステップＳ５）。低屈折率の層３２であれば直流電源２０のみに電力条件を指示し、電力を印加すると同時に成膜が始まる（ステップＳ６）。形成する膜厚は、基本的に時間で電源・パルスコントローラ２２により管理する（ステップＳ７及びＳ８）。所定の成膜時間が過ぎた時点で即座に次の層の条件を電源・パルスコントローラ２２で読み取り、直流電源２０とパルス化ユニット２１との条件をそれぞれ切り替える（ステップＳ９及びＳ４）。つまり、高屈折率条件から低屈折率条件に変えるには、パルス化ユニット２１の停止、その逆であれば、パルス化ユニット２１の稼動である。この切り替え動作に要する時間は、スパッタリング装置を制御する制御システムが持つ応答性にもよるが、通常は０．１秒以下であり、成膜時間と比較して、充分に短く、膜厚に与える影響はほとんど無いと言って良い。このように、パルス条件の切り替えのみで最終層まで成膜が完了すると（ステップＳ９）、直流電源２０とパルス化ユニット２１と電源・パルスコントローラ２２との動作をそれぞれ停止し、ガス供給及び圧力調整も停止させ、成膜が完了する（ステップＳ１０）。成膜が終わった基板を取り出して一連の動作は終了する（ステップＳ１０）。
【００５０】
以上によれば、スパッタリングにおいて、パルスのオン及びオフの切り替えのみで相対的に低屈折率の層３２と相対的に高屈折率の層３１とを持つ薄膜積層構造を１つのターゲット材７のみで作製することができるので、装置構成を簡略化することが可能である。また、相対的に低屈折率の層３２と相対的に高屈折率の層３１との間に薄膜形成に寄与しない時間、例えばガスの切り替え又は圧力の安定化待ち時間などがないため、生産性を向上することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
次に、図４を用いて実施の形態２のスパッタリング方法について説明する。
【００５２】
本実施の形態２では、シリコン基板４３上に抵抗又は半導体などの機能素子４４を形成されたデバイスの保護膜４５の形成について述べる。電子デバイスの保護膜４５の機能は、環境による電子デバイスの性能変動又は劣化を防ぐことにある。多くの場合、機能素子４４又は電極４６などに多く使われる金属の酸化を防ぐことが求められ、空気中の水分又は酸素（空気）との接触又は透過を防ぐことにある。
【００５３】
保護膜４５として、特に水分透過を防ぐ性能が高い膜にＳｉＮ膜がある。保護膜４５としての性能は、その密度と膜厚とに比例する。すなわち、ＳｉＮｘのような密度の高い膜を厚く形成すれば、保護性能は確保できる。しかしながら、ＳｉＮｘは、その高密度ゆえに膜の残留応力が比較的大きいという欠点が知られている。応力が高ければ、基板４３も含めて反ってしまうこともあり、製造工程においては搬送エラーなどを引き起こす。また、応力が集中する膜の端部などからの膜剥れの原因となる。
【００５４】
そこで、本実施の形態２では本発明の利点を活かし、保護性能の高い層４１と、保護性能はやや劣るが応力緩和のための層４２とを交互に積層することにより、保護性能と応力緩和性能との両方を満足させることとした。第１層は保護層４１とし、実施の形態１でも述べたように、パルス化ユニット２１を稼動させ、比較的窒素比率の高いＳｉＯＮ膜を形成し、第２層は応力緩和層４２とし、連続波直流スパッタリングにより比較的窒素比率の低いＳｉＯＮ膜を形成する。このような２つの層４１，４２の積層を交互に繰り返すことで、応力緩和した保護膜４５を形成することができる。保護性能の高い層４１は、例えばＳｉＯｘＮｙ（ただし、ｘ＜ｙ）である。保護性能はやや劣るが応力緩和のための層４２は、例えばＳｉＯｘＮｙ（ただし、ｘ＞ｙ）である。
【００５５】
本実施の形態２によって、１つのターゲット材７のみで、このような積層構造が連続的に形成できる。保護層４１と応力緩和層４２との間に、成膜が行われずに薄膜表面がガスに晒されるタイミングが無いため、界面の密着性を悪化させるようなガスの吸着又は反応もなく、密着性が良く、高い信頼性の保護膜４５を形成することができる。
【００５６】
前記実施の形態１，２によれば、直流電源２０からターゲット材７に流れる電流をパルス化可能なパルス化ユニット２１を備え、パルス化ユニット２１をオンオフ制御してターゲット材７に印加する電流の波形をパルス波形と連続波形との間で変化させるようにしている。このように構成することにより、１種類のターゲットのみでも、例えば屈折率の異なる２種類の薄膜層の形成を可能とすることで装置の構成を簡略化し、設備コストを低減することができる。結果として、このような装置で製造される製品を、より低価格で提供することができる。また、その際、ガス及び圧力の切り替えが不要で有り、他材料との相互影響も発生しないので、高生産性と高品質とを同時に実現することができる。
【００５７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、積層する２種類の薄膜層３１，３２又は４１，４２は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、のうち少なくとも一種類の材料を含んでおり、さらにその材料の酸化窒化物であればよい。
【００５８】
なお、前記様々な実施の形態又は変形例のうちの任意の実施の形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施の形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施の形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施の形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の前記態様におけるスパッタリング装置及びスパッタリング方法は、簡略な構成の装置で２種類の薄膜からなる積層膜を連続的に効率良く作製することができ、積層薄膜からなる光学フィルタ又は薄膜電子デバイスの保護膜などを簡略な構成の装置で安価に作製する装置及び方法として有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１  真空チャンバー
２  ポンプ
３  ゲートバルブ
４  ガス供給源
５  基板ホルダー
６  基板
７  ターゲット材
８  バッキングプレート
９  マグネット
１０  ヨーク
２０  直流電源
２１  パルス化ユニット
２２  電源・パルスコントローラ
３１  相対的に高い屈折率を持つ薄膜
３２  相対的に低い屈折率を持つ薄膜
３３  ガラス基板
４１  保護層
４２  応力緩和層
４３  シリコン基板
４４  機能素子
４５  保護膜
４６  電極
【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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