(57)【要約】【課題】膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造するための薄膜の製造方法およびスパッタリング装置を提供する。【解決手段】真空槽１１内に成膜プロセスゾーン２０，４０と反応プロセスゾーン６０とを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる。中間薄膜形成工程では、不完全反応物からなる中間薄膜を形成させる。この中間薄膜形成工程では、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板３５と形成する薄膜に基板Ｓの薄膜を形成させる面に対して所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板３６とを基板Ｓとターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂとの間に設けて、基板Ｓと補正板３５及び遮蔽板３６とを相対移動させながら中間薄膜を形成させる。最終薄膜を形成させる膜組成変換工程では、反応プロセスゾーン６０で、中間薄膜と反応性ガスの活性種とを反応させて、最終薄膜の膜厚を中間薄膜の膜厚よりも増加させる。【選択図】  図１
2004204304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、
形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを前記基板と第１の成膜プロセスゾーンに配設された第１のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながらスパッタを行うことで前記基板上に薄膜を形成させる工程と、前記補正板と前記遮蔽板とを前記基板と前記第２の成膜プロセスゾーンに配設された第２のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながらスパッタを行うことで前記基板上に薄膜を形成させる工程とを備えることを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項２】
真空槽内に成膜プロセスゾーンと反応プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、
前記成膜プロセスゾーンに配設されたターゲットに対して、スパッタを行うことで基板上に金属或いは不完全反応物からなる中間薄膜を形成させる中間薄膜形成工程と、
前記反応プロセスゾーンで、前記中間薄膜を構成する前記金属或いは前記不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて最終薄膜を形成させる膜組成変換工程と、を備え、
前記中間薄膜形成工程では、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを前記基板と前記ターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながら前記中間薄膜を形成させ、
前記膜組成変換工程では、前記最終薄膜の膜厚を前記中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させることを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項３】
真空槽内に成膜プロセスゾーンと反応プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、
前記成膜プロセスゾーンに配設されたターゲットに対して、スパッタリングを行うことで基板上に金属或いは不完全反応物からなる中間薄膜を形成させる中間薄膜形成工程と、
前記反応プロセスゾーンで、前記中間薄膜を構成する前記金属或いは前記不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて最終薄膜を形成させる膜組成変換工程と、を備え、
前記中間薄膜形成工程では、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板を前記基板と前記ターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板とを相対移動させながら、前記基板の前記最終薄膜が形成される面を前記ターゲットに対して傾けた状態で前記中間薄膜を形成させ、
前記膜組成変換工程では、前記最終薄膜の膜厚を前記中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させることを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項４】
真空槽内に成膜プロセスゾーンと反応プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、
前記第１の成膜プロセスゾーンに配設された第１のターゲットに対して、スパッタを行うことで基板上に第１の金属或いは第１の不完全反応物からなる第１中間薄膜を形成させる第１中間薄膜形成工程と、
前記反応プロセスゾーンで、前記第１中間薄膜を構成する前記第１の金属或いは前記第１の不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて第１の最終薄膜を形成させる第１膜組成変換工程と、
前記第２の成膜プロセスゾーンに配設された第２のターゲットに対して、スパッタを行うことで前記第１最終薄膜の上に第２の金属或いは第２の不完全反応物からなる第２中間薄膜を形成させる第２中間薄膜形成工程と、
前記反応プロセスゾーンで、前記第２中間薄膜を構成する前記第２の金属或いは前記第２の不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて前記第２の最終薄膜を形成させる第２膜組成変換工程と、を備え、
前記第１中間薄膜形成工程では、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを前記基板と前記第１のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながら前記第１中間薄膜を形成させ、
前記第２中間薄膜形成工程では、前記補正板と前記遮蔽板とを前記基板と前記第２のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながら前記第２中間薄膜を形成させ、
前記第１膜組成変換工程では、前記第１最終薄膜の膜厚を前記第１中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させ、
前記第２膜組成変換工程では、前記第２最終薄膜の膜厚を前記第２中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させることを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項５】
真空槽内に成膜プロセスゾーンと反応プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、
前記第１の成膜プロセスゾーンに配設された第１のターゲットに対して、スパッタを行うことで基板上に第１の金属或いは第１の不完全反応物からなる第１中間薄膜を形成させる第１中間薄膜形成工程と、
前記反応プロセスゾーンで、前記第１中間薄膜を構成する前記第１の金属或いは前記第１の不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて前記第１の最終薄膜を形成させる第１膜組成変換工程と、
前記第２の成膜プロセスゾーンに配設された第２のターゲットに対して、スパッタを行うことで前記第１最終薄膜の上に第２の金属或いは第２の不完全反応物からなる第２中間薄膜を形成させる第２中間薄膜形成工程と、
前記反応プロセスゾーンで、前記第２中間薄膜を構成する前記第２の金属或いは前記第２の不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて前記第２の最終薄膜を形成させる第２膜組成変換工程と、を備え、
前記第１中間薄膜形成工程では、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板を前記基板と前記第１のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板とを相対移動させながら、前記基板の前記最終薄膜が形成される面を前記第１のターゲットに対して傾けた状態で前記第１中間薄膜を形成させ、
前記第２中間薄膜形成工程では、前記補正板を前記基板と前記第２のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板とを相対移動させながら、前記基板の前記第１最終薄膜が形成された面を前記第２のターゲットに対して傾けた状態で前記第２中間薄膜を形成させ、
前記第１膜組成変換工程では、前記第１最終薄膜の膜厚を前記第１中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させ、
前記第２膜組成変換工程では、前記第２最終薄膜の膜厚を前記第２中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させることを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記第１中間薄膜と前記第１最終薄膜の膜厚の比が、前記第２中間薄膜と前記第２最終薄膜の膜厚の比とほぼ一致するように、前記第１中間薄膜形成工程と前記第２中間薄膜形成工程の少なくとも一方において前記反応性ガスを導入しながら前記第１中間薄膜及び前記第２中間薄膜を形成させることを特徴とする請求項４または５に記載の薄膜の製造方法。
【請求項７】
真空槽内の第１の成膜プロセスゾーンに配置された第１のターゲットと第２の成膜プロセスゾーンに配置された第２のターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に薄膜を形成させるスパッタリング装置であって、
前記第１の成膜プロセスゾーンと前記第２の成膜プロセスゾーンとを、互いに空間的に分離する仕切手段と、
前記真空槽内に配された、前記基板を保持するための基板ホルダ及びスパッタ電極と、
該スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に固定された、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板及び形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板と、
前記基板を前記補正板と前記遮蔽板に対して相対的に移動させるために前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動手段と、を備え、
前記スパッタ電極と前記補正板と前記遮蔽板とが、前記第１の成膜プロセスゾーン及び前記第２の成膜プロセスゾーンにそれぞれ配置され、
前記補正板及び前記遮蔽板は、前記スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に配置されたことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項８】
真空槽内の成膜プロセスゾーンに配設されたターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に中間薄膜を形成させ、前記真空槽内の反応プロセスゾーンにおいて前記中間薄膜と電気的に中性な反応性ガスの活性種とを反応させて薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
前記真空槽内に配された、前記基板を保持する基板ホルダと、
前記成膜プロセスゾーン及び前記反応プロセスゾーンとを、互いに空間的に分離する仕切手段と、
前記成膜プロセスゾーンに配されたスパッタ電極と、
該スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に固定された、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板、及び形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板と、
前記反応プロセスゾーンに連結された、前記活性種を発生するための活性種発生手段と、
前記基板を前記成膜プロセスゾーンに面する位置と前記反応プロセスゾーンに面する位置との間で搬送するために前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動手段と、を備えたことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項９】
真空槽内の成膜プロセスゾーンに配設されたターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に中間薄膜を形成させ、前記真空槽内の反応プロセスゾーンにおいて前記中間薄膜と電気的に中性な反応性ガスの活性種とを反応させて薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
前記真空槽内に配された、前記基板を保持するための基板保持手段を有する基板ホルダと、
前記成膜プロセスゾーン及び前記反応プロセスゾーンとを、互いに空間的に分離する仕切手段と、
前記成膜プロセスゾーンに配された、スパッタ電極と、
該スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に固定された、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と、
前記反応プロセスゾーンに連結された、前記活性種を発生するための活性種発生手段と、
前記基板を前記成膜プロセスゾーンに面する位置と前記反応プロセスゾーンに面する位置との間で搬送するために前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動手段と、を備え、
前記基板保持手段は、前記基板の前記薄膜が形成される面を前記ターゲットに対して傾けた状態で前記基板を保持することが可能であることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記仕切手段は、少なくとも２つの前記成膜プロセスゾーンを、互いに空間的に分離することを特徴とする請求項８または９に記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの前記成膜プロセスゾーンそれぞれに連結された、前記反応性ガスを導入するためのガス導入手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載のスパッタリング装置。
【請求項１２】
前記基板ホルダは、円筒状または中空の多角柱状であり、
前記基板は前記基板ホルダの外周面に保持され、
前記基板ホルダ駆動手段は、前記基板ホルダを回転駆動させることを特徴とする請求項７乃至１１いずれかに記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜の製造方法およびスパッタリング装置に係り、特にスパッタを行うことにより、所望の膜厚分布をもつ薄膜を基板上に形成するための薄膜の製造方法およびスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から基板上に薄膜を形成した光学部品や電子部品等がある。このような光学部品や電子部品のなかには、基板上の膜厚分布を均一ではなく、一定の方向に向けて増加または減少するように変化させた薄膜（以下「傾斜膜厚薄膜」という）を利用したものがある。例えば、液晶プロジェクタに用いられるダイクロイックミラーでも、傾斜膜厚薄膜の利用が試みられている。
【０００３】
図２１は、ダイクロイックミラーが用いられる液晶プロジェクタの光学系の概略を説明する図である。図２１に示すように、液晶プロジェクタの光学系は、光発生部３１０と、光分離部３２０と、光変調部３３０と、光合成部３４０と、投写部３５０とから構成されている。光分離部３２０には、ダイクロイックミラー３２１と反射鏡３２２とが配置され、ダイクロイックミラー３２１によって、光発生部３１０からの光が赤，緑，青の光束Ｒ，Ｇ，Ｂに分離される。光束Ｒ，Ｇ，Ｂに分離された光束は、光変調部３３０で所望の映像を生成するために変調される。そして、光変調部３３０で変調された光束Ｒ，Ｇ，Ｂが、光合成部３４０で合成されて、所望の映像が生成され、生成された映像が投写部３５０で拡大される。
【０００４】
このように、ダイクロイックミラー３２１は、光発生部３１０からの光を赤，緑，青の光束Ｒ，Ｇ，Ｂに分離するものである。液晶プロジェクタで鮮明な映像を映し出すためには、ダイクロイックミラー３２１で反射する光と、透過する光の波長領域が鮮明に分かれていることが好ましい。ところが、液晶プロジェクタの小型化のために光発生部３１０と、光分離部３２０との距離を近づけると、ダイクロイックミラー３２１で反射する光と、透過する光の波長領域を鮮明に分けることができない場合が生じることがある。つまり、光発生部３１０と、光分離部３２０との距離が近づくと、ダイクロイックミラー３２１の光発生部３１０から近い側（一端側）と遠い側（他端側）とで、ダイクロイックミラー３２１に対する光発生部３１０からの光の入射角度に微妙な差異が生じて、反射する光の波長にずれが生じる場合がある。
【０００５】
そこで、この不都合を解消するために、ダイクロイックミラー表層の薄膜の光学特性を、ダイクロイックミラーの一端側から他端側に向けて徐々に変化させることが試みられている。具体的には、傾斜膜厚薄膜をダイクロイックミラーに用いて光学膜厚に傾斜をもたせ、ダイクロイックミラーに対する光の入射角度のずれに伴う反射光の波長のずれを膜厚の傾斜によって補正することが行なわれる。
このような傾斜膜厚薄膜を形成するための薄膜形成技術については、例えば、斜め蒸着技術が知られている。
【０００６】
図２２は、従来の蒸着技術である斜め蒸着技術を説明した図である。薄膜を形成する技術として一般的によく知られている蒸着技術では、図２２（Ａ）のように、蒸着源２０１を中心とした略球面上の基板保持装置２０２に複数の基板２０４を配置することで（図中左側の３枚の基板２０４で例示する）、各基板２０４と蒸着源２０１の距離を等しくするとともに、基板保持装置２０２を回転させながら蒸着を行うことで、各基板２０４に均一な膜厚の薄膜を形成させている。
【０００７】
これに対して、斜め蒸着技術では、図２２（Ａ）のように、各基板２０５を蒸着源２０１に対して斜めに傾けた状態で基板保持装置２０２に配置して（図中右側の３枚の基板２０５で例示する）、蒸着源２０１から基板２０５一端側までの距離Ｄ１と、蒸着源２０１から基板２０５の他端側までの距離Ｄ２に変化を与えて、基板２０５上に傾斜膜厚薄膜を形成させている。
【０００８】
傾斜膜厚薄膜を形成するための技術としては、この斜め蒸着技術の他にも、特許文献１，特許文献２に記載されているようなマスク蒸着技術も知られている。
図２３は、従来の蒸着技術であるマスク蒸着技術を説明した図である。図２３（Ａ）に示すように、マスク蒸着技術は、特殊形状の遮蔽板（マスク）２０３を基板２０４と蒸着源２０１の間に配置して、マスク２０３を駆動（例えば回転）させながら蒸着を行い、所望の膜厚分布をもった薄膜を形成するものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１３８７４０号公報（第２−４頁、図１）
【特許文献２】
特開平２−７３９７４号公報（第２−４頁、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般的な蒸着法により薄膜を作成する場合には、蒸着源と基板との間に、ある程度の間隔をとる必要がある。一般的には、蒸着源と基板との間隔は５００ｍｍ〜１０００ｍｍである。そのため、斜め蒸着法において、基板２０５を傾けて基板保持装置２０２に保持させたとしても、蒸発源２０１から基板２０５の一端側までの距離Ｄ１と、蒸発源２０１から基板２０５の他端側までの距離Ｄ２との差は、蒸着源と基板との間の距離に比べて僅かな差でしかなく、基板の大きさに対して膜厚の傾斜の度合いが弱い薄膜しか製造できないという問題があった。
【００１１】
そのため、例えば、液晶プロジェクタの小型化を達成するためには、ダイクロイックミラーにおける膜厚の傾斜の度合いを強くすることが求められるが、従来の蒸着法では十分な膜厚の傾斜を備えた傾斜膜厚薄膜を作成することができなかった。
【００１２】
また、従来の蒸着技術では、基板保持装置２０２を回転（公転）させたり、基板２０４自体を回転（自転）させたりしながら蒸着が行なわれることがよくあるが、このような場合に、従来のマスク蒸着法を採用しようとすると、基板保持装置２０２に多数配設された各基板２０４の配置や、基板２０４の公転や自転に対応するように、マスク２０３の形状やマスク２０３の駆動装置等を設計するのは、マスク２０３の形状等が複雑に成らざるを得ず困難であった。
【００１３】
特に、図２２（Ｂ）や図２３（Ｂ）に示すように、蒸着源２０１を複数設けて薄膜を形成する場合には、各蒸着原２０１の蒸発物質によって蒸発の速度や分布が異なり、それらを考慮しながら、各基板２０４の位置に対応してマスク２０３の形状等を設計するのは極めて困難であるという問題があった。また、複数の蒸着原２０１に異種の蒸発物質を用いて、異なる物質から構成される薄膜を積層させて薄膜を形成する場合には、複数の蒸着源２０１に対して、共通の形状のマスク２０３を用いたり、マスク２０３の設置位置を共通にしていたりしたため、異なる物質から構成されるそれぞれの層で膜厚分布を独立に調整することが難しく、精密な膜厚分布を各層で得ることが難しいという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造するための薄膜の製造方法およびスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、請求項１に係る発明によれば、真空槽内に第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを前記基板と第１の成膜プロセスゾーンに配設された第１のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながらスパッタを行うことで前記基板上に薄膜を形成させる工程と、前記補正板と前記遮蔽板とを前記基板と前記第２の成膜プロセスゾーンに配設された第２のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながらスパッタを行うことで前記基板上に薄膜を形成させる工程とを備えることにより解決される。
【００１６】
このように、空間的に分離された第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンとそれぞれに、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを設けてスパッタを行っているため、第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンとで、それぞれにおけるスパッタの影響を受けることなく、第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンとそれぞれに設けられた遮蔽板の形状に応じた膜厚分布を備える薄膜を形成することが可能となる。したがって、第１の成膜プロセスゾーンで形成する薄膜と、第２の成膜プロセスゾーンで形成する薄膜と、それぞれの薄膜の膜厚分布を、独立に、且つ精度良く調整することができる。
【００１７】
上記課題は、請求項２に係る発明によれば、真空槽内に成膜プロセスゾーンと反応プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、前記成膜プロセスゾーンに配設されたターゲットに対して、スパッタを行うことで基板上に金属或いは不完全反応物からなる中間薄膜を形成させる中間薄膜形成工程と、前記反応プロセスゾーンで、前記中間薄膜を構成する前記金属或いは前記不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて最終薄膜を形成させる膜組成変換工程と、を備え、前記中間薄膜形成工程では、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを前記基板と前記ターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながら前記中間薄膜を形成させ、前記膜組成変換工程では、前記最終薄膜の膜厚を前記中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させることにより解決される。
【００１８】
このように、中間薄膜形成工程において、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを、基板とターゲットとの間に設けて、基板と補正板及び遮蔽板とを相対移動させながら中間薄膜を形成することで、遮蔽板の形状に応じた膜厚分布を備える中間薄膜を形成することが可能となるとともに、膜組成変換工程でさらに中間薄膜の膜厚分布に変化を与えることができる。したがって、膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造することができる。
【００１９】
上記課題は、請求項３に係る発明によれば、真空槽内に成膜プロセスゾーンと反応プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、前記成膜プロセスゾーンに配設されたターゲットに対して、スパッタリングを行うことで基板上に金属或いは不完全反応物からなる中間薄膜を形成させる中間薄膜形成工程と、前記反応プロセスゾーンで、前記中間薄膜を構成する前記金属或いは前記不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて最終薄膜を形成させる膜組成変換工程と、を備え、前記中間薄膜形成工程では、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板を前記基板と前記ターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板とを相対移動させながら、前記基板の前記最終薄膜が形成される面を前記ターゲットに対して傾けた状態で前記中間薄膜を形成させ、前記膜組成変換工程では、前記最終薄膜の膜厚を前記中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させることにより解決される。
【００２０】
このように、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板をスパッタ電極と基板ホルダとの間に設けて、基板と補正板とを相対移動させながら、基板の薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けた状態で中間薄膜を形成することで、その傾きに応じた膜厚分布を備える中間薄膜を形成することが可能となるとともに、膜組成変換工程でさらに中間薄膜の膜厚分布に変化を与えることができる。
したがって、膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造することができる。
【００２１】
上記課題は、請求項４に係る発明によれば、真空槽内に成膜プロセスゾーンと反応プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、前記第１の成膜プロセスゾーンに配設された第１のターゲットに対して、スパッタを行うことで基板上に第１の金属或いは第１の不完全反応物からなる第１中間薄膜を形成させる第１中間薄膜形成工程と、前記反応プロセスゾーンで、前記第１中間薄膜を構成する前記第１の金属或いは前記第１の不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて第１の最終薄膜を形成させる第１膜組成変換工程と、前記第２の成膜プロセスゾーンに配設された第２のターゲットに対して、スパッタを行うことで前記第１最終薄膜の上に第２の金属或いは第２の不完全反応物からなる第２中間薄膜を形成させる第２中間薄膜形成工程と、前記反応プロセスゾーンで、前記第２中間薄膜を構成する前記第２の金属或いは前記第２の不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて前記第２の最終薄膜を形成させる第２膜組成変換工程と、を備え、前記第１中間薄膜形成工程では、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを前記基板と前記第１のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながら前記第１中間薄膜を形成させ、前記第２中間薄膜形成工程では、前記補正板と前記遮蔽板とを前記基板と前記第２のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながら前記第２中間薄膜を形成させ、前記第１膜組成変換工程では、前記第１最終薄膜の膜厚を前記第１中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させ、前記第２膜組成変換工程では、前記第２最終薄膜の膜厚を前記第２中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させることにより解決される。
【００２２】
このように、第１中間薄膜形成工程と第２中間薄膜形成工程において、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを、基板とターゲットとの間に設けて第１中間薄膜と第２中間薄膜を形成することで、遮蔽板の形状に応じた膜厚分布を備える第１中間薄膜及び第２中間薄膜を形成することが可能となるとともに、前記第１膜組成変換工程及び前記第２膜組成変換工程でさらに第１中間薄膜及び第２中間薄膜の膜厚分布に変化を与えることができる。したがって、膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造することができる。
【００２３】
また、空間的に分離された第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンとで行われる第１中間薄膜形成工程と第２中間薄膜形成工程において、補正板と遮蔽板とを、基板とターゲットとの間に設けて第１中間薄膜と第２中間薄膜を形成するため、第１中間薄膜形成工程では、第２の製膜プロセスゾーンのターゲットから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、第１中間薄膜形成工程における遮蔽板の形状に応じた膜厚分布を備える第１中間薄膜を形成することが可能となる。また、第２中間薄膜形成工程では、第１の製膜プロセスゾーンのターゲットから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、第２中間薄膜形成工程における遮蔽板の形状に応じた膜厚分布を備える第２中間薄膜を形成することが可能となる。したがって、第１の成膜プロセスゾーンで形成する第１中間薄膜と、第２の成膜プロセスゾーンで形成する第２中間薄膜と、それぞれの薄膜の膜厚分布を、独立に、且つ精度良く調整することができる。
【００２４】
上記課題は、請求項５に係る発明によれば、真空槽内に成膜プロセスゾーンと反応プロセスゾーンとを互いに空間的に分離させてスパッタにより薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、前記第１の成膜プロセスゾーンに配設された第１のターゲットに対して、スパッタを行うことで基板上に第１の金属或いは第１の不完全反応物からなる第１中間薄膜を形成させる第１中間薄膜形成工程と、前記反応プロセスゾーンで、前記第１中間薄膜を構成する前記第１の金属或いは前記第１の不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて前記第１の最終薄膜を形成させる第１膜組成変換工程と、前記第２の成膜プロセスゾーンに配設された第２のターゲットに対して、スパッタを行うことで前記第１最終薄膜の上に第２の金属或いは第２の不完全反応物からなる第２中間薄膜を形成させる第２中間薄膜形成工程と、前記反応プロセスゾーンで、前記第２中間薄膜を構成する前記第２の金属或いは前記第２の不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて前記第２の最終薄膜を形成させる第２膜組成変換工程と、を備え、前記第１中間薄膜形成工程では、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板を前記基板と前記第１のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板とを相対移動させながら、前記基板の前記最終薄膜が形成される面を前記第１のターゲットに対して傾けた状態で前記第１中間薄膜を形成させ、前記第２中間薄膜形成工程では、前記補正板を前記基板と前記第２のターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板とを相対移動させながら、前記基板の前記第１最終薄膜が形成された面を前記第２のターゲットに対して傾けた状態で前記第２中間薄膜を形成させ、前記第１膜組成変換工程では、前記第１最終薄膜の膜厚を前記第１中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させ、前記第２膜組成変換工程では、前記第２最終薄膜の膜厚を前記第２中間薄膜からなる薄膜の膜厚よりも増加させることにより解決される。
【００２５】
このように、第１中間薄膜形成工程と第２中間薄膜形成工程において、基板の第１最終薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けて第１中間薄膜と第２中間薄膜を形成することで、遮蔽板の形状に応じた膜厚分布を備える第１中間薄膜及び第２中間薄膜を形成することが可能となるとともに、前記第１膜組成変換工程及び前記第２膜組成変換工程でさらに第１中間薄膜及び第２中間薄膜の膜厚分布に変化を与えることができる。したがって、膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造することができる。
【００２６】
また、空間的に分離された第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンとで行われる第１中間薄膜形成工程と第２中間薄膜形成工程において、基板の第１最終薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けて第１中間薄膜と第２中間薄膜を形成するため、第１中間薄膜形成工程では、第２の製膜プロセスゾーンのターゲットから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、その傾きに応じた膜厚分布を備える第１中間薄膜を形成することが可能となる。また、第２中間薄膜形成工程では、第１の製膜プロセスゾーンのターゲットから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、その傾きに応じた膜厚分布を備える第２中間薄膜を形成することが可能となる。
【００２７】
このとき、請求項４または５に係る発明において、請求項６に係る発明のように、前記第１中間薄膜と前記第１最終薄膜の膜厚の比が、前記第２中間薄膜と前記第２最終薄膜の膜厚の比とほぼ一致するように、前記第１中間薄膜形成工程と前記第２中間薄膜形成工程の少なくとも一方において前記反応性ガスを導入しながら前記第１中間薄膜及び前記第２中間薄膜を形成させると好適である。
【００２８】
このように、第１中間薄膜形成工程と第２中間薄膜形成工程の少なくとも一方において反応性ガスを導入しながら薄膜を形成することで、第１中間薄膜と第２中間薄膜の組成を所望の組成にすることができ、膜厚分布を揃えることが可能となる。
【００２９】
上記課題は、請求項７に係る発明によれば、真空槽内の第１の成膜プロセスゾーンに配置された第１のターゲットと第２の成膜プロセスゾーンに配置された第２のターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に薄膜を形成させるスパッタリング装置であって、前記第１の成膜プロセスゾーンと前記第２の成膜プロセスゾーンとを、互いに空間的に分離する仕切手段と、前記真空槽内に配された、前記基板を保持するための基板ホルダ及びスパッタ電極と、該スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に固定された、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板及び形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板と、前記基板を前記補正板と前記遮蔽板に対して相対的に移動させるために前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動手段と、を備え、前記スパッタ電極と前記補正板と前記遮蔽板とが、前記第１の成膜プロセスゾーン及び前記第２の成膜プロセスゾーンにそれぞれ配置され、前記補正板及び前記遮蔽板は、前記スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に配置されたことにより解決される。
【００３０】
これにより、空間的に分離された第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンとそれぞれに、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板及び形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板を設けているため、第２の製膜プロセスゾーンのターゲットから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、第１の成膜プロセスゾーンに配置する遮蔽板の形状を設計することが可能となる。また、第１の製膜プロセスゾーンのターゲットから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、第２の成膜プロセスゾーンに配置する遮蔽板の形状を設計することが可能となる。したがって、複数のターゲットを用いて所望の膜厚分布を有する薄膜を製造する際に、補正板及び遮蔽板の形状等の設計が極めて容易になる。
【００３１】
上記課題は、請求項８に係る発明によれば、真空槽内の成膜プロセスゾーンに配設されたターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に中間薄膜を形成させ、前記真空槽内の反応プロセスゾーンにおいて前記中間薄膜と電気的に中性な反応性ガスの活性種とを反応させて薄膜を形成するスパッタリング装置であって、前記真空槽内に配された、前記基板を保持する基板ホルダと、前記成膜プロセスゾーン及び前記反応プロセスゾーンとを、互いに空間的に分離する仕切手段と、前記成膜プロセスゾーンに配されたスパッタ電極と、該スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に固定された、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板、及び形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板と、前記反応プロセスゾーンに連結された、前記活性種を発生するための活性種発生手段と、前記基板を前記成膜プロセスゾーンに面する位置と前記反応プロセスゾーンに面する位置との間で搬送するために前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動手段と、を備えたことにより解決される。
【００３２】
このように、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを、スパッタ電極と基板ホルダとの間に設けることで、遮蔽板の形状に応じた膜厚分布を備える薄膜を成膜プロセスゾーンにおいて形成することが可能となるとともに、遮蔽板の形状を変更することで、製造する薄膜の膜厚分布を容易に変更することができる。また、成膜プロセスゾーンにおいて形成した薄膜を、反応プロセスゾーンにおいて活性種で反応させて、成膜プロセスゾーンにおいて形成した薄膜の膜厚分布に変化を与えることが可能となる。したがって、膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造することができる。
【００３３】
上記課題は、請求項９に係る発明によれば、真空槽内の成膜プロセスゾーンに配設されたターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に中間薄膜を形成させ、前記真空槽内の反応プロセスゾーンにおいて前記中間薄膜と電気的に中性な反応性ガスの活性種とを反応させて薄膜を形成するスパッタリング装置であって、前記真空槽内に配された、前記基板を保持するための基板保持手段を有する基板ホルダと、前記成膜プロセスゾーン及び前記反応プロセスゾーンとを、互いに空間的に分離する仕切手段と、前記成膜プロセスゾーンに配された、スパッタ電極と、該スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に固定された、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と、前記反応プロセスゾーンに連結された、前記活性種を発生するための活性種発生手段と、前記基板を前記成膜プロセスゾーンに面する位置と前記反応プロセスゾーンに面する位置との間で搬送するために前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動手段と、を備え、前記基板保持手段は、前記基板の前記薄膜が形成される面を前記ターゲットに対して傾けた状態で前記基板を保持することが可能であることにより解決される。
【００３４】
このように、基板の薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けた状態で、基板を保持することが可能であるため、その傾きに応じた膜厚分布を備える薄膜を成膜プロセスゾーンにおいて形成することが可能となる。また、成膜プロセスゾーンにおいて形成した薄膜を、反応プロセスゾーンにおいて活性種で反応させて、成膜プロセスゾーンにおいて形成した薄膜の膜厚分布に変化を与えることが可能となる。したがって、膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造することができる。
【００３５】
また、スパッタリング装置では、基板とターゲットの間隔が蒸着装置における基板と蒸着源との間隔に比べて狭いため、基板の薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けた状態で基板を保持することで、基板とターゲットの間隔が最も狭いところの距離と、最も広いところの距離の差を、基板とターゲットの距離に対して十分に確保することが可能となる。したがって、蒸着装置に比べて、膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造することができる。
【００３６】
このとき、請求項８または９に係る発明において、請求項１０に係る発明のように、前記仕切手段は、少なくとも２つの前記成膜プロセスゾーンを、互いに空間的に分離すると好適である。
【００３７】
これにより、空間的に分離された２つの成膜プロセスゾーンそれぞれに補正板及び遮蔽板を設けているため、一方の製膜プロセスゾーンのターゲットから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、他方の成膜プロセスゾーンに配置する遮蔽板の形状を設計することが可能となる。すなわち、２つの成膜プロセスゾーンそれぞれに配置されるターゲットの材料や、それぞれでの成膜条件に応じて、それぞれに配置される補正板及び遮蔽板の形状を変更することができる。したがって、複数のターゲットを用いて所望の膜厚分布を有する薄膜を製造する際に、補正板及び遮蔽板の形状等の設計が極めて容易になる。
【００３８】
このとき、請求１０に係る発明において、請求項１１に係る発明のように、前記少なくとも２つの前記成膜プロセスゾーンそれぞれに連結された、前記反応性ガスを導入するためのガス導入手段を備えると好適である。
【００３９】
これにより、各成膜プロセスゾーンにそれぞれ反応性ガスを導入することが可能となり、各成膜プロセスゾーンで形成する薄膜の組成を所望の組成とすることができる。
【００４０】
このとき、請求項７乃至１１いずれかに係る発明において、請求項１２に係る発明のように、前記基板ホルダは、円筒状または中空の多角柱状であり、前記基板は前記基板ホルダの外周面に保持され、前記基板ホルダ駆動手段は、前記基板ホルダを回転駆動させると好適である。
【００４１】
これにより、基板ホルダの外周面に保持させた多数の基板に対して、スパッタによる薄膜を形成することができる。したがって、薄膜の生産量を増加することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明は、スパッタを行うことで基板上に薄膜を形成するための、薄膜の製造方法及びスパッタリング装置に関する発明である。以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，部材の配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００４３】
本実施形態では、目的とする膜厚を得るために、目的の膜厚よりもかなり薄い薄膜を基板上に繰り返して形成して目的の膜厚の薄膜を形成する。本実施形態では、平均０．０１〜１.５ｎｍの膜厚の薄膜を繰り返し形成して、目的とする数〜数百ｎｍ程度の膜厚の薄膜を形成している。本発明は、２極スパッタ，３極スパッタ，４極スパッタ，マグネトロンスパッタ，ＥＣＲスパッタ，バイアススパッタ等、公知の種々のスパッタを行うことにより実施することが可能である。
【００４４】
図１および図２は、本実施形態のスパッタリング装置について示す説明図であり、図１が理解の容易のために一部断面を取った上面図、図２が図１の線Ａ−Ｂ−Ｃに沿った側面図である。本実施形態では、スパッタの一例であるマグネトロンスパッタを行うスパッタリング装置を用いているが、これに限定されるものでなく、マグネトロン放電を用いない２極スパッタ等、他の公知のスパッタを行うスパッタリング装置を用いることもできる。
【００４５】
本実施形態のスパッタリング装置１は、真空槽１１と、薄膜を形成させる基板を真空槽１１内で保持するための基板ホルダ１３と、基板ホルダ１３を駆動するための基板ホルダ駆動手段としてのモータ１７と、薄膜を形成する空間である第１の成膜プロセスゾーン２０，第２の成膜プロセスゾーン４０，反応プロセスゾーン６０を形成するための仕切手段としての仕切壁１２，１４，１６と、スパッタ電極としてのマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂと、交流電源２３，４３と、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板３５（図４，図５参照）と、形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板３６（図４，図５参照）と、活性種を発生するための活性種発生手段としての活性種発生装置６１と、を主要な構成要素としている。なお、煩雑を避けるべく図１，図２において、補正板３５、遮蔽板３６の記載を省略している。
【００４６】
真空槽１１は、公知のスパッタリング装置で通常用いられるようなステンレス製で、略直方体形状を備える中空体である。真空槽１１の形状は中空の円柱状であってもよい。真空槽１１の底面には、排気用の配管が接続され、この配管には、図２に示すように、真空槽１１内を排気するための真空ポンプ１５が接続されている。この真空ポンプ１５と図示しないコントローラとにより、真空槽１１内の真空度が調整できるように構成されている。
【００４７】
基板ホルダ１３は、真空槽１１内の略中央に配置されている。基板ホルダ１３の形状は円筒状であり、その外周面に複数の基板を保持する。基板ホルダ１３の形状は円筒状ではなく、中空の多角柱状であってもよい。基板ホルダ１３は、真空槽１１から電気的に絶縁されている。これにより、基板における異常放電を防止することが可能となる。基板ホルダ１３は、円筒の筒方向の中心軸線Ｚが真空槽１１の上下方向になるように真空槽１１内に配設される。基板ホルダ１３は、真空槽１１内の真空状態を維持した状態で、真空槽１１の上部に設けられたモータ１７によって中心軸線Ｚを中心に回転駆動される。
【００４８】
基板ホルダ１３の外周面には、基板Ｓを基板ホルダ１３に保持するための基板保持手段１３ａが設けられている。図３は、基板保持手段１３ａを説明する断面説明図である。図３の上下方向が、スパッタリング装置１の上下方向（中心軸線Ｚの方向）である。本実施形態では、基板保持手段１３ａは、基板を挟持するためのチャック部（不図示）を備えたステンレス製の台座であり、基板ホルダ１３にボルト等により固定される。
【００４９】
基板保持手段１３ａには基板Ｓが収納される凹部１３ｂが設けられ、凹部１３ｂは上下方向に一列に形成されている。本実施形態では、一列に６つの凹部１３ｂを備えるが、この数は基板Ｓの大きさや、基板ホルダ１３の大きさに等によって変更される。基板Ｓは、チャック部（不図示）で挟持された状態で基板保持手段１３ａの凹部１３ｂに保持される。チャック部にはネジや、板ばね等が用いられる。このような基板保持手段１３ａは、基板ホルダ１３の外周の周方向に沿って複数列設けられているため、多数の基板Ｓを、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚに沿った方向（上下方向）に所定間隔を保ちながら整列させた状態で、基板ホルダ１３の外周面に保持することができる。
【００５０】
本実施形態では、基板Ｓの薄膜を形成させる面（以下「膜形成面」という）と膜形成面の反対の面（以下「基板裏面」という）とが平行である平板状の基板Ｓを用いることとして、基板保持手段１３ａを構成する台座の形状は、基板Ｓを保持したときに、凹部１３ｂの基板裏面と対向する面が、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚと垂直な方向を向くように形作られている。このため、基板Ｓの膜形成面が基板ホルダ１３の中心軸線Ｚと垂直な方向を向くようになっている。
【００５１】
第１の成膜プロセスゾーン２０と第２の成膜プロセスゾーン４０と反応プロセスゾーン６０は、真空槽１１内に固定された仕切壁１２，１４，１６によって形成されている。成膜プロセスゾーンとしての第１の成膜プロセスゾーン２０は仕切壁１２で囲繞された状態で形成され、成膜プロセスゾーンとしての第２の成膜プロセスゾーン４０は仕切壁１４で囲繞された状態で形成され、反応プロセスゾーン６０は仕切壁１６で囲繞された状態で形成されている。
【００５２】
本実施形態では、第１の成膜プロセスゾーン２０と第２の成膜プロセスゾーン４０が、基板ホルダ１３を挟んで対向する位置に形成されるように仕切壁１２，１４が真空槽１１に固定さている。また、反応プロセスゾーン６０は、第１の成膜プロセスゾーン２０（または第２の成膜プロセスゾーン４０）が形成された位置から、基板ホルダの回転軸を中心に円周上に約９０度回転した位置に形成されるように仕切壁１６が真空槽１１に固定されている。そして、第１の成膜プロセスゾーン２０と第２の成膜プロセスゾーン４０と反応プロセスゾーン６０は、お互いに仕切壁１２，１４，１６によって空間的に分離された状態で形成されている。
【００５３】
モータ１７によって基板ホルダ１３が回転駆動されると、基板ホルダ１３に保持された基板Ｓが、第１の成膜プロセスゾーン２０に面する位置と第２の成膜プロセスゾーン４０に面する位置と反応プロセスゾーン６０に面する位置との間で搬送されることになる。これにより、基板Ｓは、後述の第１の成膜プロセスゾーン２０に配置されるターゲット２９ａ，２９ｂや、第２の成膜プロセスゾーン４０に配置されるターゲット４９ａ，４９ｂや、補正板３５，遮蔽板３６に対して相対的に移動することになる。
【００５４】
なお、本実施形態における仕切壁１２，１４，１６は、向かい合う１対の面が開口した筒状の直方体であり、ステンレス製である。仕切壁１２，１４，１６は、真空槽１１の側壁と基板ホルダ１３との間に、真空槽１１の側壁から基板ホルダ１３の方向へ立設した状態で固定され、このとき仕切壁１２，１４，１６の一方の開口した側が真空槽１１の側壁に当接し、他方の開口した側が基板ホルダ１３に面するように真空槽内に固定される。仕切壁１２，１４，１６には、それぞれ不図示の水冷用の配管が取り付けられて、仕切壁１２，１４，１６を冷却できるように構成されている。
【００５５】
第１の成膜プロセスゾーン２０，第２の成膜プロセスゾーン４０のそれぞれには、ガス導入手段としてのマスフローコントローラ２５，４５が、配管を介して連結されている。このマスフローコントローラ２５，４５は、不活性ガスとしてのアルゴンガスを貯留するスパッタガスボンベ２７，４７、反応性ガスを貯留する反応性ガスボンベ７９に接続されている。この反応性ガスは、反応性ガスボンベ７９から、マスフローコントローラ２５，４５で制御して、配管を通して成膜プロセスゾーン２０，４０に導入可能に構成されている。反応性ガスとしては、例えば酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等が考えられる。
【００５６】
第１の成膜プロセスゾーン２０には、基板ホルダ１３の外周面に対向するように、真空槽１１の壁面にマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂが配置されている。このマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、不図示の絶縁部材を介して接地電位にある真空槽１１に固定されている。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、トランス２４を介して、交流電源２３に接続され、交番電界が印加可能に構成されている。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂには、第１のターゲットとしてのターゲット２９ａ，２９ｂが保持される。ターゲット２９ａ，２９ｂの形状は平板状であり、ターゲット２９ａ，２９ｂの基板ホルダ１３の外周面と対向する面が、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚと垂直な方向を向くように保持される。
【００５７】
第２の成膜プロセスゾーン４０には、基板ホルダ１３の外周面に対向するように、真空槽１１の壁面にマグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂが配置されている。このマグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂは、不図示の絶縁部材を介して接地電位にある真空槽１１に固定されている。マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂは、トランス４４を介して、交流電源４３に接続され、交番電界が印加可能に構成されている。マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂには、第２のターゲットとしてのターゲット４９ａ，４９ｂが保持される。ターゲット４９ａ，４９ｂの形状は平板状であり、ターゲット４９ａ，４９ｂの基板ホルダ１３の外周面と対向する面が、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚと垂直な方向を向くように保持される。
【００５８】
図４及び図５は、第１の製膜プロセスゾーン２０に配置される補正板３５及び遮蔽板３６の配置状態を説明するための説明図である。図４は、基板ホルダ１３からマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂの方向をのぞんだときの説明図である。図４の上下方向が、スパッタリング装置１の上下方向（中心軸線Ｚの方向）である。図５は、図４のＤ−Ｄ断面で見たときの説明図である。
【００５９】
補正板３５及び遮蔽板３６は、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに保持されるターゲット２９ａ，２９ｂから発生するスパッタ原子が、基板ホルダ１３の方向へ向かう量を調整するものである。なお、スパッタ原子とは、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂに対するスパッタによって、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂから発生する、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂを構成する原子または原子の集団である。
【００６０】
本実施形態では、補正板３５及び遮蔽板３６は、仕切壁１２の内壁面に固定されている。本実施形態のスパッタリング装置１では、スパッタを行うターゲットとして１０ｍｍ程度の厚みのものを用いることとして、ターゲット２９ａ，２９ｂと基板ホルダ１３との距離ｄ１を８０ｍｍ、ターゲット２９ａ，２９ｂと補正板３５との距離ｄ２を７２ｍｍ、ターゲット２９ａ，２９ｂと遮蔽板３６との距離ｄ２を６５ｍｍとしている。
【００６１】
補正板３５は、スパッタを行うことにより基板Ｓに形成する薄膜の膜厚を均一にする役目を果たす。補正板３５は、扇形状を備える板状体であり、仕切壁１２の左右の内壁面に、左右対称に１枚ずつ、扇形状の曲線を形成する稜線が向かい合うように固定される。基板ホルダ１３からマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂの方向をのぞんだとき、補正板３５によってターゲット２９ａ，２９ｂの一部が隠れるように配置される。このように、仕切壁１２に扇形状を備える補正板３５を固定することで、ターゲット２９ａから発生する基板ホルダ１３の方向へ向かうスパッタ原子の量を規制して、基板Ｓに堆積するスパッタ原子の量が、基板Ｓ全面にわたって均一となるようにすることができる。これを図４，図５と図６で説明する。
【００６２】
図６は、補正板３５及び遮蔽板３６と基板Ｓとが、基板ホルダ１３の回転駆動によって相対的に移動する様子を説明する図であり、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂから基板ホルダ１３の方向をのぞんだ説明図である。図６の上下方向が、スパッタリング装置１の上下方向（中心軸線Ｚの方向）である。基板ホルダ１３を、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚを中心に回転させると、基板ホルダ１３の外周面に上下方向に連なって配列された基板Ｓが、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ側からみて左右方向に移動する。図６中の矢印が、基板Ｓが移動する方向を示している。
【００６３】
上下方向に長いターゲット２９ａ，２９ｂに対してスパッタを行うと、補正板３５，遮蔽板３６がない場合には、基板ホルダ１３へ向かうスパッタ原子の量は、基板ホルダ１３の上下方向の中心付近（以下、単に「中心付近」という）で多くなる。したがって、中心付近に保持される基板Ｓに、より多くのスパッタ原子が堆積し、中心付近に保持される基板Ｓに形成される薄膜の膜厚と、上側，下側の方に保持される基板Ｓに形成される薄膜の膜厚との間で、ばらつきが生じてしまう。また、同じ１つの基板Ｓに形成する薄膜でも、膜形成面の上端付近に形成される膜の膜厚と、下端付近に形成される膜の膜厚との間でばらつきが生じてしまう。
【００６４】
そこで、扇形状を備える補正板３５を配設して、基板ホルダ１３へ向かうスパッタ原子のうち、中心付近を通過しようとするスパッタ原子の量を規制して、基板Ｓに堆積するスパッタ原子の量を、各基板Ｓの基板全面にわたって均一になるようにして、膜厚のばらつきを解消している。基板Ｓが左右方向（図６の矢印の方向）に相対的に移動すると、ターゲット２９ａ，２９ｂ側から見て中心付近に位置する基板Ｓが補正板３５により遮蔽される時間は、上側或いは下側に位置する基板Ｓが補正板３５により遮蔽される時間よりも長くなる。
【００６５】
中心付近を長い時間遮蔽することで、その分基板ホルダ１３の中心付近へ向かうスパッタ原子の量を減らして、中心付近の膜厚を、補正板３５を設けない時よりも相対的に薄くする。これにより、補正板３５を設けない場合には膜厚が厚くなってしまう中心付近の膜厚を、補正板３５を設けることで薄くして、基板の上下方向でばらつきのない均一な厚さの薄膜を形成させることができる。
【００６６】
遮蔽板３６は、スパッタを行うことにより基板Ｓに形成する薄膜に所望の膜厚分布を与える役目を果たす。遮蔽板３６は、板状体であり、製造しようとする薄膜の膜厚分布に応じた形状を備える。図４に示した例では、遮蔽板３６は、菱形が上下方向（基板ホルダ１３の中心軸線Ｚ方向）に連なった形状をしている。このように遮蔽板３６を菱形が連なった形状とすることで、基板Ｓの膜形成面上端から膜形成面下端にかけて膜厚が線形に変化する薄膜を作成することができる。これを、図４，図５と図６で説明する。
【００６７】
遮蔽板３６を菱形が連なった形状として、その菱形の各斜辺に対応する位置に基板Ｓを配置すれば、基板Ｓが左右方向（図６の矢印の方向）に相対的に移動した場合に、ターゲット２９ａ，２９ｂ側から見て基板Ｓが遮蔽板３６により遮蔽される時間に、各基板Ｓの上端側と下端側とで差を生じさせることができる。ターゲット２９ａ，２９ｂ側から見て基板Ｓが遮蔽板３６により遮蔽される時間が短い方が、より多くのスパッタ原子がターゲット２９ａ，２９ｂから基板Ｓに到達し、より厚い膜厚の薄膜を基板Ｓに形成させることができることになる。
【００６８】
ところで、上述のように、補正板３５の作用により、基板Ｓには均一な膜厚の薄膜が形成されるようになっている。したがって、補正板３５を設けて、さらに遮蔽板３６を設ければ、上下方向の膜厚のばらつきに影響されることなく、ターゲット２９ａ，２９ｂから見て基板Ｓが遮蔽板３６により遮蔽される時間、すなわち、遮蔽板３６の左右方向の幅に直接対応した膜厚の薄膜を基板Ｓに形成させることができる。
【００６９】
本実施形態では、遮蔽板３６の形状を菱形が連なった形状としているため、その菱形の斜辺に対応する位置に各基板Ｓを配置すれば、基板Ｓの上端側から下端側にかけて膜厚が線形的に変化する薄膜を作成することができるのである。
【００７０】
なお、本実施形態では、遮蔽板３６の形状を菱形が連なった形状とすることで、基板Ｓの上端側から下端側にかけて膜厚が線形的に変化する薄膜を作成することができるが、基板Ｓの上端側から下端側にかけて膜厚が線形的に変化する薄膜を作成する場合の遮蔽板３６の形状はこれに限られない。
【００７１】
図７は、遮蔽板３６の形状を三角形が連なった形状とした場合の、補正板３５及び遮蔽板３６と基板Ｓとが、基板ホルダ１３の回転駆動によって相対移動する様子を説明するもので、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂから基板ホルダ１３の方向をのぞんだ説明図である。図７の上下方向が、スパッタリング装置１の上下方向（中心軸線Ｚの方向）である。遮蔽板３６の形状を菱形が連なった形状とした場合と同様に、三角形の斜辺に対応する位置に各基板Ｓを配置すれば、基板Ｓの上端側から下端側にかけて膜厚が線形的に変化する薄膜を作成することができるのである。
【００７２】
なお、遮蔽板３６の形状を三角形が連なった形状とした場合には、三角形の横方向に突き出した頂点部分で遮蔽板３６の左右方向の幅が急激に変化する（上下方向に非対称に変化する）。このように遮蔽板３６の左右方向の幅が急激に変化する部分があると、ターゲットから上下方向で斜めに飛び出すスパッタ原子の影響を受けて、その近傍で形成されるの薄膜の膜厚のコントロールが難しくなる。
【００７３】
したがって、遮蔽板３６の形状を菱形が連なった形状とした場合と、三角形が連なった形状とした場合とを比較した場合には、ターゲットから上下方向で斜めに飛び出すスパッタ原子の影響を受けにくい、遮蔽板３６の形状を菱形が連なった形状の遮蔽板３６を用いる方が好適である。ターゲットから上下方向で斜めに飛び出すスパッタ原子の影響を受けにくければ、上下で隣り合っている基板Ｓの間隔をつめて配置することができ、多くの基板Ｓを基板ホルダ１３に保持したり、より大きな基板Ｓを基板ホルダ１３に保持したりでき、製造コストの面から好ましいからである。
【００７４】
また、遮蔽板３６の形状を菱形が連なった形状以外にすれば、その形状に応じた膜厚分布を備える薄膜を容易に製造することができる。例えば、図８は、遮蔽板３６の形状を丸形が上下方向に連なった形状とした場合の、補正板３５及び遮蔽板３６と基板Ｓとが、基板ホルダ１３の回転駆動によって相対移動する様子を説明するもので、基板ホルダ１３からマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂの方向をのぞんだときの説明図である。図８の上下方向が、スパッタリング装置１の上下方向（中心軸線Ｚの方向）である。図８に示すように、遮蔽板３６の形状を丸形が上下方向に連なった形状とした場合には、基板Ｓの上端側から下端側にかけて膜厚が放物線状に変化する薄膜を作成することができる。
【００７５】
このように、補正板３５と遮蔽板３６を設けたスパッタリング装置１において薄膜を製造すれば、スパッタリング装置では、蒸着装置よりも基板とターゲットの間の距離が狭く、また、基板よりも十分に大きなターゲットのほぼ全面からスパッタ原子を発生させて薄膜を形成するため、基板とターゲットの間に所望の膜厚分布に応じた形状の遮蔽板３６を配置することで、所望の膜厚分布を備える薄膜を精度よく製造することができる。
【００７６】
特に、本実施形態のスパッタリング装置１によれば、補正板３５を設けて各基板Ｓの位置によらずに各基板Ｓで膜厚が均一になるようにしたうえで、遮蔽板３６の形状によって所望の膜厚分布を備える薄膜を形成するため、遮蔽板３６の形状を変更することで、製造する薄膜の膜厚分布を容易に変更することができる。
また、遮蔽板３６の形状の設計では、各基板Ｓの位置による膜厚の差を考慮することがなく、所望の膜厚分布をもつ薄膜を作成するための遮蔽板３６の形状を簡易に設計することができる。
【００７７】
さらに、本実施形態のような、所謂カルーセル型のスパッタリング装置であるスパッタリング装置１では、１度に多数の基板Ｓを基板ホルダ１３に保持できるため生産効率がよく、基板ホルダの径を大きくすれば、量産も容易である。
【００７８】
なお、ターゲット２９ａ，２９ｂと補正板３５、ターゲット２９ａ，２９ｂと遮蔽板３６との距離をできるだけ近づけることで、作成する薄膜の膜厚分布の再現性・精度がよくなる。
【００７９】
第１の製膜プロセスゾーン２０に設けた補正板３５，遮蔽板３６とは別に、第２の成膜プロセスゾーン４０にも補正板３５，遮蔽板３６が設けられる。このときも、第１の製膜プロセスゾーン２０を形成する仕切壁１２に、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂや基板ホルダ１３に対する補正板３５と遮蔽板３６が固定されたのと同様に、第２の成膜プロセスゾーン４０を形成する仕切壁１４に、マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂや基板ホルダ１３に対する補正板３５と遮蔽板３６を固定する。
【００８０】
この場合、第１の製膜プロセスゾーン２０に配置する補正板３５や遮蔽板３６の形状と、第２の製膜プロセスゾーン４０に配置する補正板３５や遮蔽板３６の形状とは、必ずしも同一の形状である必要はなく、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂの材料や、第１の製膜プロセスゾーン２０，第２の製膜プロセスゾーン４０それぞれの成膜条件などに応じて変更することができる。
【００８１】
このように、真空槽１１内に第１の製膜プロセスゾーン２０と第２の成膜プロセスゾーン４０とを形成し、第１の製膜プロセスゾーン２０と第２の成膜プロセスゾーン４０と、それぞれに補正板３５及び遮蔽板３６を配置すれば、第１の製膜プロセスゾーン２０に配置されるターゲット２９ａ，２９ｂに対しては、第１の製膜プロセスゾーン２０に配置された補正板３５及び遮蔽板３６が対応し、第２の製膜プロセスゾーン４０に配置されるターゲット４９ａ，４９ｂに対しては、第２の製膜プロセスゾーン４０に配置された補正板３５及び遮蔽板３６が対応することになる。
【００８２】
このため、第１の製膜プロセスゾーン２０で薄膜を形成する際に、第２の製膜プロセスゾーン４０のターゲット４９ａ，４９ｂから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、第１の製膜プロセスゾーン２０に配置する補正板３５及び遮蔽板３６の形状を設計することができる。また、第２の製膜プロセスゾーン４０で薄膜を形成する際に、第１の製膜プロセスゾーン２０のターゲット２９ａ，２９ｂから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、第２の製膜プロセスゾーン４０に配置する補正板３５及び遮蔽板３６の形状を設計することができる。したがって、複数のターゲットを用いて所望の膜厚分布を有する薄膜を製造する際に、補正板３５及び遮蔽板３６の形状等の設計が極めて容易になる。
【００８３】
なお、図示は省略しているが、第１の製膜プロセスゾーン２０におけるターゲット２９ａ，２９ｂと基板ホルダ１３との間や、第２の製膜プロセスゾーン４０におけるターゲット４９ａ，４９ｂと基板ホルダ１３との間には、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂと基板ホルダ１３との間を遮断または開放するように可動するプレスパッタシールドが配置されている。このプレスパッタシールドは、スパッタを開始する時に、スパッタが安定して行われるようになるまでターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂと基板ホルダ１３との間を遮断し、スパッタが安定して行われるようになった後にターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂと基板ホルダ１３との間を開放することにより、スパッタが安定してから基板へスパッタ原子を堆積するためのものである。
【００８４】
反応プロセスゾーン６０の真空槽１１の壁面には、開口が形成され、この開口には、活性種発生手段としての活性種発生装置６１が連結されている。
【００８５】
活性種発生装置６１は、ラジカル源とも呼ばれ、反応性ガスプラズマを発生させる石英管からなる反応性ガスプラズマ発生室６３と、反応性ガスプラズマ発生室６３に巻回されたコイル状の電極６５と、マッチングボックス６７と、マッチングボックス６７を介してコイル状の電極６５に接続された高周波電源６９と、マスフローコントローラ７７と、マスフローコントローラ７７を介して接続された反応性ガスボンベ７９と、を備える。
【００８６】
活性種発生装置６１の反応性ガスプラズマ発生室６３で放電により生じるプラズマは、プラズマイオン、電子、ラジカル、励起状態のラジカル、原子、分子等を構成要素とする。
【００８７】
反応性ガスプラズマ発生室６３と真空槽１１との間には、グリッド８１が配設されている。このグリッド８１は、反応性ガスプラズマ中の活性種であるラジカル、励起状態のラジカル、原子、分子などが選択的ないし優先的に反応プロセスゾーン６０に導かれるように構成されている。そして、荷電粒子である電子、イオンはグリッド８１の通過を阻止され反応プロセスゾーン６０に漏出しない。この機能は、グリッド８１の表面で、プラズマ中のイオンと電子との間に電荷交換が行なわれて中和されることにより生じるものである。
【００８８】
なお、ここで、ラジカルとは、遊離基（ｒａｔｉｃａｌ）であり、一個以上の不対電子を有する原子または分子である。また、励起状態（ｅｘｃｉｔｅ  ｓｔａｔｅ）とは、エネルギーの最も低い安定な基底状態に対して、それよりもエネルギーの高い状態のことをいう。
【００８９】
グリッド８１としては、マルチ・アパーチャ・グリッド、マルチ・スリット・グリッドを用いることができる。図９は、マルチ・アパーチャ・グリッド１０１を示す平面図である。マルチ・アパーチャ・グリッド１０１は、金属あるいは絶縁物からなる平板からなり、直径０．１〜３．０ｍｍ程度の穴１０３が無数に穿設されている。
【００９０】
図１０は、マルチ・スリット・グリッドを示す平面図である。マルチ・スリット・グリッド１１１は、金属あるいは絶縁物からなる平板からなり、幅０．１〜１．０ｍｍ程度のスリットが無数に設けられている。グリッド１０１，１１１には、冷却管１０５，１１５が配設され、水冷による冷却可能に構成されている。
【００９１】
反応性ガスボンベ７９からマスフローコントローラ７７を介して酸素ガスなどの反応性ガスが、反応性ガスプラズマ発生室６３に供給され、マッチングボックス６７を介して高周波電源６９からの高周波電力が、コイル状の電極６５に印加されると、反応性ガスのプラズマが反応性ガスプラズマ発生室６３内に発生するように構成されている。
【００９２】
また、図１、図２に示したように、外部磁石７１が、反応性ガスプラズマ発生室６３の外側に配置され、また内部磁石７３が、反応プロセスゾーン６０内のグリッド８１の外側に配置されている。この外部磁石７１，内部磁石７３は、プラズマ発生部に２０〜３００ガウスの磁場を形成することにより高密度プラズマを発生させ、活性種発生効率を高めるという機能を有する。なお、本実施形態では、外部磁石７１，内部磁石７３の双方を配設しているが、外部磁石７１，内部磁石７３のいずれか一方を配設するように構成してもよい。
【００９３】
以下に、上述の本実施形態のスパッタリング装置１を用いて薄膜を製造する方法について、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）を積層させた薄膜を製造する場合を例として説明する。はじめに、酸化ケイ素の薄膜を形成する工程を説明し、次に酸化ニオブの薄膜を形成する工程を説明する。
【００９４】
（酸化ケイ素の薄膜を形成する工程）
まず、基板Ｓ、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂをスパッタリング装置１に配置する。基板Ｓは、基板保持手段１３ａによって基板ホルダ１３に保持する。ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂは、それぞれマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂに保持する。ターゲット２９ａ，２９ｂの材料としてケイ素（Ｓｉ）を、ターゲット４９ａ，４９ｂの材料としてニオブ（Ｎｂ）を用いる。金属としてのケイ素，ニオブは、それぞれ本発明の第１の金属，第２の金属に相当するものである。
【００９５】
次に、真空槽１１内を所定の圧力に減圧し、モータ１７を作動させて、基板ホルダ１３の回転を開始する。その後、真空槽１１内の圧力が安定した後に、成膜プロセスゾーン２０内の圧力を、１．０×１０−１〜１．３Ｐａに調整する。
【００９６】
次に、第１の成膜プロセスゾーン２０内に、スパッタ用の不活性ガスであるアルゴンガスおよび反応性ガスとしての酸素ガスを、スパッタガスボンベ２７、反応性ガスボンベ７９からマスフローコントローラ２５で流量調整して導き、成膜プロセスゾーン２０内のスパッタを行うための雰囲気を調整する。このとき第１の成膜プロセスゾーン２０に導入するアルゴンガスの流量は、約３００ｓｃｃｍである。第１の成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量を、後述のように所望の値に調整する。なお、流量の単位としてのｓｃｃｍは、０℃，１ａｔｍにおける、１分間あたりの流量を表すもので、ｃｍ３/ｍｉｎに等しい。
【００９７】
次に、交流電源２３からトランス２４を介して、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに周波数１〜１００ＫＨｚの交流電圧を印加し、ターゲット２９ａ，２９ｂに、交番電界が掛かるようにする。これにより、ある時点においてはターゲット２９ａがカソード（マイナス極）となり、その時ターゲット２９ｂ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２９ｂがカソード（マイナス極）となり、ターゲット２９ａがアノード（プラス極）となる。このように一対のターゲット２９ａ，２９ｂが、交互にアノードとカソードとなることにより、プラズマが形成され、カソード上のターゲットに対してスパッタを行う。
【００９８】
スパッタを開始する時には、スパッタが安定して行われるようになるまでターゲット２９ａ，２９ｂと基板ホルダ１３との間をプレスパッタシールドで遮断し、スパッタが安定して行われるようになった後にターゲット２９ａ，２９ｂと基板ホルダ１３との間を開放する。これにより、スパッタが安定してから基板Ｓへスパッタ原子を堆積させることができる。
【００９９】
スパッタを行っている最中には、アノード上には非導電性あるいは導電性の低いケイ素不完全酸化物，酸化ケイ素等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、これらケイ素不完全酸化物等がスパッタされ、ターゲット表面は元の清浄な状態となる。
【０１００】
そして、一対のターゲット２９ａ，２９ｂが、交互にアノードとカソードとなること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、プラズマ電位（通常アノード電位とほぼ等しい）の変化が防止され、基板Ｓの膜形成面に安定してケイ素不完全酸化物が形成される。
【０１０１】
このように、第１の成膜プロセスゾーン２０においてスパッタを行うことにより、中間薄膜としての、ケイ素或いはケイ素不完全酸化物からなる第１中間薄膜を基板Ｓの膜形成面に形成する。ケイ素不完全酸化物は、本発明における不完全反応物としての第１の不完全反応物であり、酸化ケイ素ＳｉＯ２の構成元素である酸素が欠乏した不完全な酸化ケイ素ＳｉＯｘ（ｘ＜２）のことである。
【０１０２】
第１中間薄膜を構成する物質の組成は、第１の成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量を調整することで決定する。
図１１は、本実施形態におけるスパッタリング装置１で実験した結果を示しているもので、第１の成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量と、第１中間薄膜を構成するケイ素不完全酸化物ＳｉＯｘ（ｘ＜２）の化学量論係数ｘとの関係を示している。
【０１０３】
図１１の横軸が導入する酸素ガスの流量を、縦軸（左側の数値軸）がケイ素不完全酸化物ＳｉＯｘ（ｘ＜２）の組成を表す酸化ケイ素の化学量論係数ｘを示している。図１１に示すように、導入する酸素ガスの流量を大きくするにしたがって、化学量論係数ｘの値が大きくなる関係にある。
【０１０４】
本実施形態では、図１１に基づいて、ケイ素或いは所望の化学量論係数ｘのケイ素不完全酸化物が基板Ｓの膜形成面に形成するように、導入する酸素ガスの流量を所望の値に調整して、第１の成膜プロセスゾーン２０でスパッタを行う。スパッタを行っている最中は、基板ホルダ１３を所定の回転速度で回転駆動させて基板Ｓを移動させながら、基板Ｓの膜形成面にケイ素或いはケイ素不完全酸化物からなる第１中間薄膜を形成させる。
【０１０５】
さらに、本実施形態では、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂと基板ホルダ１３との間に補正板３５及び遮蔽板３６が設けられているため、上述のように、遮蔽板３６の形状に応じた膜厚分布の第１中間薄膜を形成させることができる。
【０１０６】
第１の成膜プロセスゾーン２０で、基板Ｓの膜形成面にケイ素或いはケイ素不完全酸化物からなる第１中間薄膜を形成させることで、本発明の中間薄膜形成工程としての第１中間薄膜形成工程を行った後には、基板ホルダ１３の回転駆動によって基板Ｓを、第１の成膜プロセスゾーン２０に面する位置から反応プロセスゾーン６０に面する位置に搬送する。
【０１０７】
反応プロセスゾーン６０には、反応性ガスボンベ７９から反応性ガスとしての酸素ガスを導入する。コイル状の電極６５に、１００ＫＨｚ〜５０ＭＨｚの高周波電力を印加し、活性種発生装置６１によりプラズマを発生させる。なお、反応プロセスゾーン６０の圧力は、０．７×１０−１〜１．０Ｐａに維持する。反応性ガスプラズマ発生室６３内のプラズマ中には、荷電粒子である酸素ガスイオン，電子と、電気的に中性な反応性ガスの活性種であるラジカル・励起状態のラジカル，原子，分子とが存在する。そのうち、後者の電気的に中性な反応性ガスの活性種を、グリッド８１により、選択的ないし優先的に反応プロセスゾーン６０に導く。
【０１０８】
そして、基板ホルダ１３が回転して、ケイ素或いはケイ素不完全酸化物から構成される第１中間薄膜が形成した基板Ｓが反応プロセスゾーン６０に面する位置に搬送されてくると、反応プロセスゾーン６０では、第１中間薄膜を構成するケイ素或いはケイ素不完全酸化物を酸化反応させる工程を行う。すなわち、ケイ素或いはケイ素不完全酸化物を酸素ガスの活性種により完全に酸化反応させて、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）に変換させる。
【０１０９】
本実施形態では、反応プロセスゾーン６０で、第１中間薄膜を構成するケイ素或いはケイ素不完全酸化物を酸化反応させて酸化ケイ素（ＳｉＯ２）に変換させることで、酸化ケイ素から構成される最終薄膜としての第１最終薄膜を形成する。これにより、本発明の膜組成変換工程としての第１膜組成変換工程を行う。
【０１１０】
この反応プロセスゾーン６０における第１膜組成変換工程では、第１最終薄膜の膜厚が第１中間薄膜の膜厚よりも厚くなるように、第１最終薄膜を形成する。
すなわち、第１中間薄膜を構成するケイ素或いはケイ素不完全酸化物ＳｉＯｘ（ｘ＜２）を酸化ケイ素（ＳｉＯ２）に変換することにより第１中間薄膜を膨張させ、第１最終薄膜の膜厚を第１中間薄膜の膜厚よりも厚くする。
【０１１１】
図１１に、第１中間薄膜形成工程で第１の成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量と、第１中間薄膜に対する第１最終薄膜の膜厚の増加率（＝（第１最終薄膜の膜厚）／（第１中間薄膜の膜厚））との関係を示す。図１１の横軸が導入する酸素ガスの流量を、縦軸（右側の数値軸）が膜厚の増加率を示している。
【０１１２】
図１１に示すように、第１中間薄膜形成工程で第１の成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量を減少させて、ケイ素不完全酸化物の化学量論係数ｘの値を小さくするにしたがって、膜厚の増加率が大きくなる関係にある。すなわち、ケイ素不完全酸化物の組成（化学量論係数ｘの値）によって、第１中間薄膜に対する第１最終薄膜の膜厚の増加率が決定する。言い換えれば、本実施形態によれば、上述の第１中間薄膜形成工程で、第１の成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量を調整することで、第１中間薄膜を構成するケイ素不完全酸化物の化学量論係数ｘを決定して（ｘを０とするなら、第１中間薄膜はケイ素から構成される）、第１中間薄膜に対する第１最終薄膜の膜厚の増加率を決定することができる。
【０１１３】
例えば、第１中間薄膜形成工程で、第１の成膜プロセスゾーン２０に２０ｓｃｃｍの酸素ガスを導入しながら第１中間薄膜を形成させれば、化学量論係数ｘが０．１６のケイ素不完全酸化物から構成される第１中間薄膜が形成され、反応プロセスゾーン６０における第１膜組成変換工程では、第１中間薄膜に対する第１最終薄膜の膜厚の増加率を１．４とすることができる。
【０１１４】
本実施形態では、第１中間薄膜形成工程で、補正板３５及び遮蔽板３６を備えたスパッタリング装置１を用いて第１中間薄膜を基板Ｓに形成させているため、第１膜組成変換工程を行う前に、既に基板Ｓの膜形成面には所定の膜厚分布を備える第１中間薄膜が形成している。この状態で第１膜組成変換工程を行うことで、第１中間薄膜における膜厚分布をさらに変化させることができる。
【０１１５】
例えば、１０ｍｍの長さをもつ基板Ｓを、長さ方向が基板ホルダ１３の上下方向を向くように基板ホルダ１３に保持した場合に、第１中間薄膜形成工程で、基板Ｓの膜形成面の上端側に０．３ｎｍ、下端側に０．４ｎｍの膜厚の第１中間薄膜を形成させる。この場合、１０ｍｍの長さをもつ基板Ｓの膜形成面の上端側から下端側に向けて形成される薄膜の膜厚の傾斜は、０．１ｎｍ／１０ｍｍ、である。この第１中間薄膜に対して増加率１．４の第１膜組成変換工程を行うと、膜形成面の上端側に０．４２ｎｍ、下端側に０．５６ｎｍの膜厚の第１最終薄膜が形成される。すなわち、第１最終薄膜における膜形成面の上端側から下端側に向けての膜厚の傾斜を０．１４ｎｍ／１０ｍｍに変えることができる。
【０１１６】
つまり、本実施形態によれば、スパッタを行うだけで生成された第１中間薄膜よりも、スパッタを行うだけで生成された第１中間薄膜をさらに反応ガスで反応させた第１最終薄膜の膜厚の傾斜を強くするこができる。
【０１１７】
本実施形態では、以上説明した第１中間薄膜形成工程と、第１膜組成変換工程とを、基板Ｓを搭載した基板ホルダ１３を回転させながら繰り返すことにより、第１の成膜プロセスゾーン２０におけるケイ素或いはケイ素不完全酸化物（ＳｉＯｘ（ｘ＜２））の基板上への形成と、反応プロセスゾーン６０におけるケイ素或いはケイ素不完全反応物の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）への変換が繰り返され、所望の膜厚で、基板Ｓの膜形成面上端側から下端側に向けての膜厚の傾斜を強くした酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の薄膜を形成することができる。
【０１１８】
（酸化ニオブの薄膜を形成する工程）
第２の成膜プロセスゾーン４０内の圧力は、１．０×１０−１〜１．３Ｐａに調整される。マスフローコントローラ４５で流量を調整しながら、スパッタリングガスボンベ４７から不活性ガスとしてのアルゴンガスを、反応性ガスボンベ７９から反応性ガスとしての酸素ガスを、成膜プロセスゾーン４０に導入する。このときの成膜プロセスゾーン２０に導入するアルゴンガスの流量は約３００ｓｃｃｍである。第２の成膜プロセスゾーン４０に導入する酸素ガスの流量を、後述のように所望の値に調整する。
【０１１９】
次に、交流電源４３から周波数１〜１００ＫＨｚの交流電圧を印加し、ターゲット４９ａ，４９ｂに、交番電界が掛けて、スパッタを行う。スパッタを開始する時には、スパッタが安定して行われるようになるまでターゲット４９ａ，４９ｂと基板ホルダ１３との間をプレスパッタシールドで遮断し、スパッタが安定して行われるようになった後にターゲット４９ａ，４９ｂと基板ホルダ１３との間を開放する。これにより、スパッタが安定してから基板Ｓへスパッタ原子を堆積させることができる。
【０１２０】
上述の酸化ケイ素の薄膜を形成する工程を行った後に、基板ホルダ１３の回転駆動によって基板Ｓを、反応プロセスゾーン６０に面する位置から第２の成膜プロセスゾーン４０に面する位置に搬送する。そして、第２の成膜プロセスゾーン４０においてスパッタを行うことにより、中間薄膜としての、ニオブ或いはニオブ不完全酸化物からなる第２中間薄膜を、基板Ｓの膜形成面に既に形成している第１最終薄膜に積層するように形成する（以下の酸化ニオブの薄膜を形成する工程の説明においては、表現の冗長を避けるために、基板Ｓの膜形成面に第２中間薄膜を形成することとして説明する）。ニオブ不完全酸化物は、本発明における不完全反応物としての第２の不完全反応物であり、酸化ニオブＮｂ２Ｏ５の構成元素である酸素が欠乏した不完全な酸化ニオブＮｂＯｘ（ｘ＜２．５）のことである。
【０１２１】
第２中間薄膜を構成する物質の組成は、第２の成膜プロセスゾーン４０に導入する酸素ガスの流量を調整することで決定する。
図１２は、本実施形態におけるスパッタリング装置１で実験した結果を示しているもので、第２の成膜プロセスゾーン４０に導入する酸素ガスの流量と、第２中間薄膜を構成するニオブ不完全酸化物ＮｂＯｘ（ｘ＜２．５）の化学量論係数ｘとの関係を示している。
【０１２２】
図１２の横軸が導入する酸素ガスの流量を、縦軸（左側の数値軸）がニオブ不完全酸化物ＮｂＯｘ（ｘ＜２．５）の組成を表す酸化ニオブの化学量論係数ｘを示している。図１２に示すように、導入する酸素ガスの流量を大きくするにしたがって、化学量論係数ｘの値が大きくなる関係にある。
【０１２３】
本実施形態では、図１２に基づいて、ニオブ或いは所望の化学量論係数ｘのニオブ不完全酸化物が基板Ｓの膜形成面に形成するように、導入する酸素ガスの流量を所望の値に調整して、第２の成膜プロセスゾーン４０でスパッタを行う。スパッタを行っている最中は、基板ホルダ１３を所定の回転速度で回転駆動させて基板Ｓを移動させながら、基板Ｓの膜形成面にニオブ或いはニオブ不完全酸化物からなる第２中間薄膜を形成させる。
【０１２４】
さらに、本実施形態では、マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂと基板ホルダ１３との間に補正板３５及び遮蔽板３６が設けられているため、上述のように、遮蔽板３６の形状に応じた膜厚分布の第２中間薄膜を形成させることができる。
【０１２５】
第２の成膜プロセスゾーン４０で、基板Ｓの膜形成面にニオブ或いはニオブ不完全酸化物からなる第２中間薄膜を形成させることで、本発明の中間薄膜形成工程としての第２中間薄膜形成工程を行った後には、基板ホルダ１３の回転駆動によって基板Ｓを第２の成膜プロセスゾーン４０に面する位置から反応プロセスゾーン６０に面する位置に搬送する。
【０１２６】
反応プロセスゾーン６０には、上述の酸化ケイ素の薄膜を形成する工程と同様に、反応性ガスボンベ７９から反応性ガスとしての酸素ガスを導入し、コイル状の電極６５に高周波電力を印加し、活性種発生装置６１によりプラズマを発生させ、反応プロセスゾーン６０の圧力を維持する。そして、電気的に中性な反応性ガスの活性種を、グリッド８１により、選択的ないし優先的に反応プロセスゾーン６０に導く。
【０１２７】
そして、基板ホルダ１３が回転して、ニオブ或いはニオブ不完全酸化物から構成される第２中間薄膜が形成した基板Ｓが反応プロセスゾーン６０に面する位置に搬送されてくると、反応プロセスゾーン６０では、第２中間薄膜を構成するニオブ或いはニオブ不完全酸化物を酸化反応させる工程を行う。すなわち、ニオブ或いはニオブ不完全酸化物を酸素ガスの活性種により完全に酸化反応させて、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）に変換させる。
【０１２８】
本実施形態では、反応プロセスゾーン６０で、第２中間薄膜を構成するニオブ或いはニオブ不完全酸化物を酸化反応させて酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）に変換させることで、酸化ニオブから構成される最終薄膜としての第２最終薄膜を形成する。これにより、本発明の膜組成変換工程としての第２膜組成変換工程を行う。
【０１２９】
この反応プロセスゾーン６０における第２膜組成変換工程では、第２最終薄膜の膜厚が第２中間薄膜の膜厚よりも厚くなるように、第２最終薄膜を形成する。
すなわち、第２中間薄膜を構成するニオブ或いはニオブ不完全酸化物ＮｂＯｘ（ｘ＜２．５）を酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）に変換することにより第２中間薄膜を膨張させ、第２最終薄膜の膜厚を第２中間薄膜の膜厚よりも厚くする。
【０１３０】
図１２に、第２中間薄膜形成工程で第２の成膜プロセスゾーン４０に導入する酸素ガスの流量と、第２中間薄膜に対する第２最終薄膜の膜厚の増加率（＝（第２最終薄膜の膜厚）／（第２中間薄膜の膜厚））との関係を示す。図１２の横軸が導入する酸素ガスの流量を、縦軸（右側の数値軸）が増加率を示している。
【０１３１】
図１２に示すように、第２中間薄膜形成工程で第２の成膜プロセスゾーン４０に導入する酸素ガスの流量を減少させて、ニオブ不完全酸化物の化学量論係数ｘの値を小さくするにしたがって、膜厚の増加率が大きくなる関係にある。すなわち、ニオブ不完全酸化物の組成（化学量論係数ｘの値）によって、第２中間薄膜に対する第２最終薄膜の膜厚の増加率が決定する。言い換えれば、本実施形態によれば、上述の第２中間薄膜形成工程で、第２の成膜プロセスゾーン４０に導入する酸素ガスの流量を調整することで、第２中間薄膜を構成するニオブ不完全酸化物の化学量論係数ｘを決定して（ｘを０とするなら、第２中間薄膜はニオブから構成される）、第２中間薄膜に対する第２最終薄膜の膜厚の増加率を決定することができる。
【０１３２】
例えば、第２中間薄膜形成工程で、第２の成膜プロセスゾーン４０に３０ｓｃｃｍの酸素ガスを導入しながら第２中間薄膜を形成させれば、化学量論係数ｘが０．０８のニオブ不完全酸化物から構成される第２中間薄膜が形成され、反応プロセスゾーン６０における第２膜組成変換工程では、第２中間薄膜に対する第２最終薄膜の膜厚の増加率を１．４とすることができる。
【０１３３】
本実施形態では、上述の第１中間薄膜形成工程と同様に、第２中間薄膜形成工程で、補正板３５及び遮蔽板３６を備えたスパッタリング装置１を用いて第２中間薄膜を基板Ｓに形成させているため、第２膜組成変換工程を行う前に、既に基板Ｓには所定の膜厚分布を備える第２中間薄膜が形成している。
【０１３４】
そして、本実施形態によれば、上述の第１膜組成変換工程と同様に、第２中間薄膜形成工程の後に第２膜組成変換工程を行うことで、スパッタだけで生成された第２中間薄膜よりも、スパッタだけで生成された第２中間薄膜をさらに反応ガスで反応させた第２最終薄膜の膜厚の傾斜を強くするこができる。
【０１３５】
本実施形態では、以上説明した第２中間薄膜形成工程と、第２膜組成変換工程とを、基板Ｓを搭載した基板ホルダ１３を回転させながら繰り返すことにより、第２の成膜プロセスゾーン４０におけるニオブ或いはニオブ不完全酸化物（ＮｂＯｘ（ｘ＜２））の基板上への形成と、反応プロセスゾーン６０におけるニオブ或いはニオブ不完全反応物の酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）への変換が繰り返され、所望の膜厚で、基板Ｓの膜形成面上端側から下端側に向けての膜厚の傾斜を強くした酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の薄膜を形成することができる。
【０１３６】
以上に説明した、酸化ケイ素の薄膜を形成する工程と、酸化ニオブの薄膜を形成する工程を行うことで、基盤Ｓの上に、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）を積層させた薄膜を製造することができる。また、酸化ケイ素の薄膜を形成する工程と、酸化ニオブの薄膜を形成する工程を繰り返すことで、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の積層の数も増やすことができる。
【０１３７】
さらに、本実施形態では、上述の第１膜組成変換工程における、第１中間薄膜に対する第１最終薄膜の膜厚の増加率と、上述の第２膜組成変換工程における、第２中間薄膜に対する第２最終薄膜の膜厚の増加率と、が一致するように、上述の第１中間薄膜形成工程で第１の成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量と、上述の第２中間薄膜形成工程で第２の成膜プロセスゾーン４０に導入する酸素ガスの流量とを調整するとよい。
【０１３８】
すなわち、第１中間薄膜に対する第１最終薄膜の膨張率と、第２中間薄膜に対する第２最終薄膜の膨張率を、ともにＹとなるようにする場合を考える。この場合には、第１中間薄膜形成工程で、第１中間薄膜に対する第１最終薄膜の膨張率がＹになる組成の第１の不完全反応物が形成するように反応性ガスの流量を調整し、第２中間薄膜形成工程でも、第２中間薄膜に対する第２最終薄膜の膨張率がＹになる組成の第２の不完全反応物が形成するように反応性ガスの流量を調整する。
【０１３９】
図１３は、図１１及び図１２の実験結果に基づいて、中間薄膜形成工程で成膜プロセスゾーンに導入する酸素ガスの流量と、中間薄膜に対する最終薄膜の膜厚の増加率（＝（最終薄膜の膜厚）／（中間薄膜の膜厚））との関係を示している。図１３の横軸が導入する酸素ガスの流量を、縦軸が膜厚の増加率を示している。
【０１４０】
図１３によれば、膨張率の値を１．４で一致させる場合には、酸化ケイ素の薄膜を形成する際の第１中間薄膜形成工程では酸素ガスの流量を２０ｓｃｃｍとして、酸化ニオブの薄膜を形成する際の第２中間薄膜形成工程では酸素ガスの流量を３０ｓｃｃｍとすればよい。他にも、以下の例が実験結果から考えられる。
【０１４１】
膨張率の値を１．５で一致させる場合には、第１中間薄膜形成工程で酸素ガスの流量を１７．５ｓｃｃｍとして、第２中間薄膜形成工程で酸素ガスの流量を２２．５ｓｃｃｍとすればよい。
膨張率の値を１．７で一致させる場合には、第１中間薄膜形成工程で酸素ガスの流量を０ｓｃｃｍとして、第２中間薄膜形成工程で酸素ガスの流量を１５ｓｃｃｍとすればよい。
【０１４２】
このように、第１膜組成変換工程と第２膜組成変換工程における膨張率が、ほぼ一致するように、第１中間薄膜形成工程や第２中間薄膜形成工程の少なくとも一方において酸素ガスを導入しながら第１中間薄膜及び第２中間薄膜を形成させることで、基板Ｓ上に形成する第１最終薄膜と第２最終薄膜との膜厚分布（傾斜の度合い）を揃える事ができる。
【０１４３】
以上のように形成される薄膜の膜厚分布は、遮蔽板３６の形状を変化させ、中間薄膜形成工程で成膜プロセスゾーンに導入する酸素ガスの流量を調整することで、所望の分布にすることができる。
【０１４４】
勿論、第１膜組成変換工程と第２膜組成変換工程における膨張率を異ならせるように、中間薄膜形成工程で成膜プロセスゾーンに導入する酸素ガスの流量を調整して、傾斜の度合いの異なる薄膜を積層させることもできる。
【０１４５】
図１４，図１５は、本実施形態のスパッタリング装置１及び薄膜の製造方法を用いて薄膜を製造した場合の実験結果を示すものである。図１４は、遮蔽板３６を菱形が連なった形状とし、膨張率の値を１．４になるように酸素ガスの流量を調整して薄膜を形成した場合に形成できる薄膜の膜厚分布を示している。図１５は、遮蔽板３６を丸形が連なった形状とし、膨張率の値を１．４になるようにする酸素ガスの流量を調整して薄膜を形成した場合に形成できる薄膜の膜厚分布を示している。図１４，図１５の横軸は上下方向の位置を、縦軸（左の数値軸）は遮蔽板３６の横方向の幅を、縦軸（右の数値軸）は製造される膜厚を表している。
【０１４６】
図１４をみれば、遮蔽板３６の菱形の形状に応じて、膜厚が線形的に変化する薄膜を製造できることがわかる。また、図１５をみれば、遮蔽板３６の丸形の形状に応じて、膜厚が放物線状に変化する様子がわかる。
【０１４７】
以下に、本実施形態により、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と、酸化にオブ（Ｎｂ２Ｏ５）とが積層した薄膜を形成した場合の作動条件を示す。
（１）ケイ素のスパッタリング条件
投入電力：７．０ｋＷ
基板温度：室温
成膜プロセスゾーン内圧力：１．３Ｐａ
印加交流電圧周波数：４０ＫＨｚ
基板ホルダ回転数：１００ｒｐｍ
第１中間薄膜の厚さ：０．２〜０．６ｎｍ
（２）ニオブのスパッタリング条件
投入電力：５．０ｋＷ
基板温度：室温
成膜プロセスゾーン内圧力：１．３Ｐａ
印加交流電圧周波数：４０ＫＨｚ
基板ホルダ回転数：１００ｒｐｍ
第２中間薄膜の厚さ：０．１〜０．４ｎｍ
（３）活性種発生装置の駆動条件
装置：図１，図２に示した誘導結合型プラズマ発生源
投入電力：２．０ｋＷ
圧力：６．５×１０−１Ｐａ
【０１４８】
上記実施形態は、例えば、以下の（ａ）〜（ｉ）のように、改変することもできる。
（ａ）上記実施形態の基板保持手段１３ａでは、凹部１３ｂの基板裏面と対向する面が基板ホルダ１３の中心軸線Ｚと垂直な方向を向くように形作られているが、平板状の基板Ｓの膜形成面をターゲットに対して傾けた状態で、基板Ｓを保持することが可能なように、基板保持手段１３ａの凹部１３ｂの形状を工夫してもよい。
【０１４９】
図１６は、基板保持手段１３ａの別の実施形態を説明する断面説明図である。
図１６の上下方向が、スパッタリング装置１の上下方向（中心軸線Ｚの方向）である。図１６の基板保持手段１３ａ’では、基板Ｓを収容する凹部１３ｂ’の、基板裏面と対向する面が基板ホルダ１３の外周面と垂直な方向から上又は下に傾けた方向を向くように形作られている。
【０１５０】
このように、凹部１３ｂ’の、基板裏面と対向する面が基板ホルダ１３の外周面と垂直な方向から上又は下に傾けた方向を向くように形作り、平板状の基板Ｓの膜形成面をターゲットに対して傾けた状態で、基板Ｓを保持するようにすることで、基板ホルダ１３に保持される基板Ｓの膜形成面上端からマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂ（ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂ）までの距離と、基板Ｓの膜形成面下端からマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂ（ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂ）までの距離とに差を設けるように、基板Ｓを保持できる。
【０１５１】
そして、基板保持手段１３ａ’を備えるスパッタリング装置を用いて、上記実施形態で説明した、中間薄膜を形成させる工程を行えば、基板Ｓの膜形成面上端と膜形成面下端とで、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂ（ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂ）までの距離に差を設けて、基板Ｓの膜形成面をターゲットに対して傾けた状態で、中間薄膜を基板上に形成させることができる。このように、基板Ｓの膜形成面上端と膜形成面下端とで差を設けながら中間薄膜を形成させることで、マグネトロンスパッタ電極２１ａ等（ターゲット２９ａ等）までの距離が近い基板Ｓの膜形成面上端側では、形成する膜厚の厚い中間薄膜を、マグネトロンスパッタ電極２１ａ等（ターゲット２９ａ等）までの距離が遠い基板Ｓの膜形成面下端側では、形成する膜厚の薄い中間薄膜を形成することができ、基板Ｓの膜形成面上端から膜形成面下端にかけて、膜厚が線形的に変化する中間薄膜を形成させることができる。
【０１５２】
基板保持手段１３ａ’を用いたスパッタリング装置では、基板とターゲットの間隔が、蒸着装置における基板と蒸着源との間隔に比べて狭いため、基板の薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けた状態で基板を保持することで、基板とターゲットの間隔が最も狭いところの距離と、最も広いところの距離の差を、基板とターゲットの距離に対して十分に確保することが可能となる。したがって、蒸着装置に比べて、膜厚の傾斜が強い薄膜を製造することができる。
【０１５３】
なお、補正板３５と基板保持手段１３ａ’を用いれば、遮蔽板３６を設けなくても、製造する薄膜の膜厚に強い傾斜をもたせることができるが、補正板３５及び遮蔽板３６を設けたうえで、基板保持手段１３ａ’を用いれば、膜厚の傾斜がより強い中間薄膜を基板Ｓに形成させることができる。そして、いずれの場合でも、最終薄膜を形成させる工程を行うことで、膜厚の傾斜をよりいっそう強くした薄膜を製造することができる。
【０１５４】
また、空間的に分離された第１の成膜プロセスゾーン２０と第２の成膜プロセスゾーン４０とで、基板Ｓの膜形成面をターゲットに対して傾けた状態で、基板Ｓを保持した状態で第１中間薄膜と第２中間薄膜を形成するため、第１中間薄膜形成工程では、第２の製膜プロセスゾーン４０のターゲット４９ａ，４９ｂから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、その傾きに応じた膜厚分布を備える第１中間薄膜を形成することが可能となる。また、第２中間薄膜形成工程では、第１の製膜プロセスゾーン２０のターゲット２９ａ，２９ｂから発生するスパッタ原子の影響を考慮することなく、その傾きに応じた膜厚分布を備える第２中間薄膜を形成することが可能となる。したがって、複数のターゲットを用いて所望の膜厚分布を有する薄膜を製造する際に、基板Ｓの膜形成面をターゲットに対して傾ける角度の設計が極めて容易になる。
【０１５５】
勿論、基板保持手段１３ａ’における凹部１３ｂ’の、基板裏面と対向する面が基板ホルダ１３の外周面と垂直な方向から右又は左に傾けた方向を向くように形作ってもよい。
【０１５６】
（ｂ）  本実施形態のスパッタリング装置１には、成膜プロセスゾーンとして、第１の成膜プロセスゾーン２０と第２の成膜プロセスゾーン４０とを備えるが、これに限定されるものではなく、成膜プロセスゾーンを第１の成膜プロセスゾーン２０だけの１つにしたり、または３つ以上備えるように構成したりしてもよい。成膜プロセスゾーンを３つ以上備える場合には、第１の成膜プロセスゾーン２０の位置から、基板ホルダの中心軸線Ｚを中心に円周上に所定角度ずつ回転した位置に２つ目以降の成膜プロセスゾーンを配置するように構成すればよい。
【０１５７】
（ｃ）上記実施形態は、第１中間薄膜形成工程と、第１膜組成変換工程と、第２中間薄膜形成工程と、第２膜組成変換工程と、をこの順番に行い薄膜を形成するものであるが、第１中間薄膜形成工程と第２中間薄膜形成工程とを行った後に、反応プロセスゾーンで、第１中間薄膜を構成する第１の金属或いは第１の不完全反応物及び第２中間薄膜を構成する第２の金属或いは第２の不完全反応物と反応性ガスの活性種とを反応させて薄膜を形成させるように構成してもよい。
【０１５８】
また、反応プロセスゾーン６０と同様の反応プロセスゾーン６０’を、基板ホルダ１３を挟んで反応プロセスゾーン６０に対向する位置に形成して、第１の成膜プロセスゾーン２０、反応プロセスゾーン６０、第２の成膜プロセスゾーン４０、反応プロセスゾーン６０’の順に基板が面するように基板ホルダ１３を回転駆動させて、基板ホルダ１３が１回転する間に、第１中間薄膜形成工程と、第１膜組成変換工程と、第２中間薄膜形成工程と、第２膜組成変換工程とを、この順に行うようにしてもよい。
【０１５９】
また、第１膜組成変換工程と、第２膜組成変換工程とを行わずに、第１中間薄膜形成工程と、第２中間薄膜形成工程とによって薄膜を形成してもよい。
これらの場合にも、次の（ｄ）で説明するように、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂの材料を種々変更できる。
【０１６０】
（ｄ）上記実施形態では、ターゲット２９ａ，２９ｂの材料としてケイ素を、ターゲット４９ａ，４９ｂの材料としてニオブを用いているが、これに限定されるものでなく、これらの酸化物を用いることもできる。また、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）などの金属を用いることができる。また、これらの金属の化合物，例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＨｆＯ２等を用いることもできる。勿論、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂの材料を全て同じにして、例えば、本発明の第１の金属と、第２の金属とを同一の金属としてもよい。
【０１６１】
これらのターゲットを用いた場合、反応プロセスゾーン６０における反応性ガスの活性種の曝露により、Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＭｇＦ２等の光学膜ないし絶縁膜、ＩＴＯ等の導電膜、Ｆｅ２Ｏ３などの磁性膜、ＴｉＮ，ＣｒＮ，ＴｉＣなどの超硬膜とされる。ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２のような絶縁性の金属化合物は、金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ）に比べスパッタリング速度が極端に遅く生産性が悪いので、特に本発明のデュアル・マグネトロンスパッタリング法が有効である。
【０１６２】
（ｅ）上記実施形態では、ターゲット２９ａとターゲット２９ｂ、ターゲット４９ａとターゲット４９ｂは同一の材料で構成されているが、異種の材料で構成してもよい。同一の金属ターゲットを用いた場合は、上述のように、スパッタを行うことによって単一金属の不完全反応物が基板に形成され、異種の金属ターゲットを用いた場合は合金の不完全反応物が基板に形成される。
【０１６３】
（ｆ）上記実施形態では、図１に示すように、成膜プロセスゾーン２０，４０と反応プロセスゾーン６０とに、同一の反応性ガスボンベ７９から反応性ガスを導入するように構成しているが、これに限定されるものでなく、成膜プロセスゾーン２０，４０と、反応プロセスゾーン６０とに、異なるガスボンベを連結し、同じ元素を有する、異なるガスを導入することも可能である。
【０１６４】
（ｇ）上述の実施形態では、第１の成膜プロセスゾーン２０，第２の成膜プロセスゾーン４０，反応プロセスゾーン６０に反応性ガスとして酸素を導入しているが、その他に、オゾン，一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）等の酸化性ガス、窒素等の窒化性ガス、メタン等の炭化性ガス、弗素，四弗化炭素（ＣＦ４）等の弗化性ガスなどを導入することもできる。なお、第１の成膜プロセスゾーン２０，第２の成膜プロセスゾーン４０に、窒素ガスを導入する場合、導入するガス流量は、不活性ガスとしてのアルゴンガス３００ｓｃｃｍ，窒素ガス９〜６０ｓｃｃｍとするとよい。
【０１６５】
（ｈ）上記実施形態では、反応性ガスプラズマ部として、図１，図２に示すように、反応性ガスプラズマ発生室の外部または内部に電極を設けた誘導結合型プラズマ源を用いているが、次に説明するように、反応性ガスプラズマ発生室内にコイル電極を配置した誘導結合型プラズマ源（下記（１））、容量結合型プラズマ源（下記（２））、誘導結合・容量結合混在型プラズマ源（下記（３））などを用いることもできる。
【０１６６】
（１）図１７に示したプラズマ源：円盤状の石英ガラス等の誘電体からなる反応性ガスプラズマ発生室６３の大気側に渦巻き状（蚊取り線香状）の渦巻状電極９１を配置し、この渦巻状電極９１に１００ＫＨｚ〜５０ＭＨｚの高周波電力を印加してプラズマを発生させる誘導結合型プラズマ発生源。図１７（Ｂ）は渦巻状電極９１の平面の概略説明図である。
【０１６７】
（２）図１８に示したプラズマ源：反応性ガスプラズマ発生室６３の内部に平板状の電極９３を配置し、この平板状電極９３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。
【０１６８】
（３）図１９に示したプラズマ源：反応性ガスプラズマ発生室６３の内部にコイル状電極９５または渦巻状電極を配置し、これら電極に１００ＫＨｚ〜５０ＭＨｚの高周波電力を印加して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。等を用いることができる。また、コイルの形状等を調整することにより、ヘリコン波プラズマ源とし、プラズマ中における活性種の発生効率を高めることもできる。
【０１６９】
（ｉ）上記実施形態では、所謂カルーセル型のスパッタ装置を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、図２０に示すようなスパッタ装置でもよい。図２０は本発明の他の実施形態のスパッタリング装置について示す説明図である。装置構成は全体として真空槽としての成膜室１２１、その前後の基板ロード室１２３、および基板アンロード室１２５から構成される。各室はそれぞれ個別の排気系を有し、ＲＰはロータリーポンプを、ＴＭＰはターボモレキュラーポンプを示す。各室間はゲートバルブ１３１，１３３を介して連結されている。
基板ロード室１２３はゲートバルブ１３５ないしは開閉扉により大気に開放可能であり、基板アンロード室１２５はゲートバルブ１３７ないしは開閉扉により大気に開閉可能である。すなわち、各室は圧力的に隔離され各々独自の排気系を有し、また、ゲートバルブ１３１，１３３を通して基板ホルダ１４３を搬送することができる。
【０１７０】
基板１４１を搭載した基板ホルダ１４３がゲートバルブ１３５を介して基板ロード室１２３に搬入され、基板ロード室１２３がロータリーポンプにより真空に引かれて、加熱等の必要による前処理を受ける。すなわち、基板ロード室１２３は、基板ホルダの脱着・排気・必要による前処理の機能を行う室である。この処理終了後に、基板ホルダ１４３は、成膜室１２１に搬送される。成膜室１２１で、基板１４１に薄膜が形成される。なお、煩雑を避けるべく図面上では、成膜室１２１における基板ホルダ１４３のみを一点鎖線で示し、基板１４１の図示を省略した。
【０１７１】
成膜室１２１には仕切手段としての仕切壁１５１，１６１，１７１によって、第１の成膜プロセスゾーン１５３，第２の成膜プロセスゾーン１６３，反応プロセスゾーン１７３が形成されている。第１の成膜プロセスゾーン１５３には第１のターゲット１５５ａ，１５５ｂが、第２の成膜プロセスゾーン１６３には第２のターゲット１６５ａ，１６５ｂが配置されている。反応プロセスゾーン１７３には活性種発生装置が接続されている。成膜室１２１における成膜処理は、基板ホルダ１４３が水平板状である点を除いて、上記実施形態で説明した、スパッタリング装置１を用いて薄膜を製造する方法と同様である。
【０１７２】
成膜処理が終了した基板ホルダ１４３は基板アンロード室１２５に搬送され、必要に応じて後処理を受けた後、ゲートバルブ１３７を介して外部に取り出される。すなわち、基板アンロード室１２５は、基板ホルダの脱着・排気・必要による後処理を行う室である。
【０１７３】
以上に記載した実施形態から把握できる特許請求の範囲に記載した発明以外の技術的思想を以下（Ａ）〜（Ｄ）に記載する。
（Ａ）  ターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とを前記基板と前記ターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板及び前記遮蔽板とを相対移動させながらスパッタを行うことで前記基板上に薄膜を形成させることを特徴とする薄膜の製造方法。
【０１７４】
このような薄膜の製造方法によれば、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とをスパッタ電極と基板ホルダとの間に設けて、基板と補正板及び遮蔽板とを相対移動させながらスパッタを行うため、遮蔽板の形状に応じた膜厚分布を備える薄膜を形成することが可能となるとともに、遮蔽板の形状を変更することで、製造する薄膜の膜厚分布を容易に変更することができる。そして、遮蔽板の形状を変更することで、所望の膜厚分布を備える薄膜の製造が極めて容易になる。
【０１７５】
（Ｂ）  ターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に薄膜を形成させる薄膜の製造方法であって、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板を前記基板と前記ターゲットとの間に設けて、前記基板と前記補正板とを相対移動させながら、前記基板の前記最終薄膜が形成される面を前記ターゲットに対して傾けた状態でスパッタを行うことで薄膜を形成させることを特徴とする薄膜の製造方法。
【０１７６】
このような薄膜の製造方法によれば、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板をスパッタ電極と基板ホルダとの間に設けて、基板と補正板とを相対移動させながら、基板の薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けた状態でスパッタを行うため、その傾きに応じた膜厚分布を備える薄膜を形成することが可能となる。
【０１７７】
また、スパッタでは、基板とターゲットの間隔が蒸着装置における基板と蒸着源との間隔に比べて狭くても良質の薄膜を製造できるため、基板の薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けた状態でスパッタを行うことで、基板とターゲットの間隔が最も狭いところの距離と、最も広いところの距離の差を、基板とターゲットの距離に対して十分に確保した状態で薄膜を形成することが可能となる。
【０１７８】
そして、基板の薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けた状態でスパッタリングを行うことにより、基板とターゲットの間隔が最も狭いところの距離と、最も広いところの距離の差を、基板とターゲットの距離に対して十分に確保して薄膜を形成することが可能なる。したがって、蒸着装置に比べて、膜厚の傾斜の度合いが大きな薄膜を簡易に製造することができる。
【０１７９】
（Ｃ）  真空槽の中に配置されたターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に薄膜を形成させるスパッタリング装置であって、前記真空槽内に配された、前記基板を保持するための基板ホルダ及びスパッタ電極と、該スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に固定された、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板及び形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板と、前記基板を前記補正板及び前記遮蔽板に対して相対的に移動させるために前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動手段と、を備えたことを特徴とするスパッタリング装置。
【０１８０】
このようなスパッタリング装置によれば、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と形成する薄膜に所望の膜厚分布を与えるための遮蔽板とをスパッタ電極と基板ホルダとの間に設けることで、遮蔽板の形状に応じた膜厚分布を備える薄膜を形成することが可能となるとともに、遮蔽板の形状を変更することで、製造する薄膜の膜厚分布を容易に変更することができる。
【０１８１】
（Ｄ）  真空槽の中に配置されたターゲットに対してスパッタを行うことで基板上に薄膜を形成させるスパッタリング装置であって、前記真空槽内に配された、前記基板を保持するための基板保持手段を有する基板ホルダ及びスパッタ電極と、該スパッタ電極と前記基板ホルダとの間に固定された、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板と、前記基板を前記補正板に対して相対的に移動させるために前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動手段と、を備え、前記基板保持手段は、前記基板の前記薄膜が形成される面を前記ターゲットに対して傾けた状態で前記基板を保持することが可能であることを特徴とするスパッタリング装置。
【０１８２】
このようなスパッタリング装置によれば、形成する薄膜の膜厚を均一にするための補正板をスパッタ電極と基板ホルダとの間に設けるとともに、基板の薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けた状態で基板を保持することが可能であるため、その傾きに応じた膜厚分布を備える薄膜を形成することが可能となる。
【０１８３】
また、スパッタリング装置では、基板とターゲットの間隔が蒸着装置における基板と蒸着源との間隔に比べて狭いため、基板の薄膜が形成される面をターゲットに対して傾けた状態で基板を保持することで、基板とターゲットの間隔が最も狭いところの距離と、最も広いところの距離の差を、基板とターゲットの距離に対して十分に確保することが可能となる。したがって、蒸着装置に比べて、膜厚の傾斜の度合いが大きな薄膜を簡易に製造することができる。
【０１８４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンに配置される複数のターゲットを用いて所望の膜厚分布を有する薄膜を製造する際に、第１の製膜プロセスゾーン，第２の製膜プロセスゾーンそれぞれに配置される遮蔽板の形状等を、ターゲットの材料や成膜条件などに応じて変更することができるため、第１の成膜プロセスゾーンで形成する薄膜と、第２の成膜プロセスゾーンで形成する薄膜と、それぞれの薄膜の膜厚分布を独立に、且つ精度良く調整することができる。
【０１８５】
また、本発明によれば、膜厚の傾斜の度合いが強い薄膜を簡易に製造することができる。
さらに、本発明によれば、基板上に形成する第１最終薄膜と第２最終薄膜との膜厚分布を所望の膜厚分布で揃えることが可能となる。
【０１８６】
さらにまた、本発明によれば、第１の成膜プロセスゾーンと第２の成膜プロセスゾーンに配置される複数のターゲットを用いて所望の膜厚分布を有する薄膜を製造する際に、補正板及び遮蔽板の形状等の設計が極めて容易になる。
また、本発明によれば、前記基板ホルダの外周面に保持させた多数の基板に対して、スパッタリングにより薄膜を形成することができ、基板ホルダの外周を大きくすれば、容易に薄膜の生産量を増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スパッタリング装置について示す説明図である。
【図２】本発明で用いられる装置の実施例を示す、図１の線Ａ−Ｂ−Ｃに沿った断面図である。
【図３】基板保持手段を説明する断面説明図である。
【図４】補正板と遮蔽板を説明する図である。
【図５】補正板と遮蔽板を説明する図であり、図４のＤ−Ｄ断面で見たときの説明図である。
【図６】補正板及び遮蔽板と基板Ｓとが相対的に移動する様子を説明する説明図である。
【図７】補正板及び遮蔽板と基板Ｓとが相対的に移動する様子を説明する説明図である。
【図８】補正板及び遮蔽板と基板Ｓとが相対的に移動する様子を説明する説明図である。
【図９】マルチ・アパーチャ・グリッドを示す平面図である。
【図１０】マルチ・スリット・グリッドを示す平面図である。
【図１１】実験結果を示す図である。
【図１２】実験結果を示す図である。
【図１３】実験結果を示す図である。
【図１４】実験結果を示す図である。
【図１５】実験結果を示す図である。
【図１６】基板保持手段を説明する断面説明図である。
【図１７】プラズマ源の構成例を示す説明図である。
【図１８】プラズマ源の構成例を示す説明図である。
【図１９】プラズマ源の構成例を示す説明図である。
【図２０】スパッタリング装置について示す説明図である。
【図２１】液晶プロジェクタの光学系の概略を説明する図である。
【図２２】従来の蒸着技術である斜め蒸着技術を説明した図である。
【図２３】従来の蒸着技術であるマスク蒸着技術を説明した図である。
【符号の説明】
１  スパッタリング装置
１１  真空槽
１２，１４，１６，１５１，１６１，１７１  仕切壁
１３，１４３  基板ホルダ
１３ａ，１３ａ’  基板保持手段
１３ｂ，１３ｂ’  凹部
１５  真空ポンプ
１７  モータ
２０，１５３  第１の成膜プロセスゾーン
２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂ  マグネトロンスパッタ電極
２３，４３  交流電源
２４，４４  トランス
２５，４５，７７  マスフローコントローラ
２７，４７  スパッタガスボンベ
２９ａ，２９ｂ，１５５ａ，１５５ｂ  第１のターゲット
３５  補正板
３６  遮蔽板
４０，１６３  第２の成膜プロセスゾーン
４９ａ，４９ｂ，１６５ａ，１６５ｂ  第２のターゲット
６０，１７３  反応プロセスゾーン
６１，１７５  活性種発生装置
６３  反応性ガスプラズマ発生室
６５  電極
６７  マッチングボックス
６９  高周波電源
７１  外部磁石
７３  内部磁石
７９  反応性ガスボンベ
８１  グリッド
９１  渦巻状電極
９３  平板状電極
９５  コイル状電極
１０１  マルチ・アパーチャ・グリッド
１０３  穴
１０５，１１５  冷却管
１１１  マルチ・スリット・グリッド
１２１  成膜室
１２３  基板ロード室
１２５  基板アンロード室
１３１，１３３，１３５，１３７  ゲートバルブ
１４１，２０４，２０５，Ｓ  基板
２０１  蒸着原
２０２  基板保持装置
２０３  マスク
３１０  光発生部
３２０  光分離部
３２１  ダイクロイックミラー
３２２  反射鏡
３３０  光変調部
３４０  光合成部
３５０  投写部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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