(57)【要約】本発明の薄膜形成装置（１）は、内部を真空に維持する真空容器（１１）と、真空容器（１１）内に反応性ガスを導入するガス導入手段（７６）と、真空容器（１１）内に反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段（６１）と、を備える。そして、真空容器（１１）内の壁面には、熱分解窒化硼素（Ｐ）が被覆されている。
2004108979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に前記反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備える薄膜形成装置であって、
熱分解窒化硼素が前記真空容器内の壁面に被覆されていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
熱分解窒化硼素が被覆される前記真空容器内の壁面が、前記真空容器の内壁面であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
熱分解窒化硼素が被覆される前記真空容器内の壁面が、前記プラズマ発生手段によってプラズマが発生する領域に面した前記真空容器の内壁面であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生手段によってプラズマが発生する領域に面して前記真空容器の内壁面から立設するプラズマ収束壁を備え、
熱分解窒化硼素が被覆される前記真空容器内の壁面は、前記プラズマ収束壁の壁面であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に前記反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備える薄膜形成装置であって、
前記プラズマ発生手段が、前記真空容器の外壁に設けた誘電体壁と、渦状の第１のアンテナ及び第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを高周波電源と接続するための導線と、を有して構成され、
前記真空容器の外側で前記誘電体壁に対応する位置に前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを固定するコイル固定手段を備え、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナが前記高周波電源に対して並列に接続され、
前記導線に接続される部分で前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとを繋ぐ箇所に前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間隔を調整するための位置調整手段を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】
前記真空容器に基板を搬送するための基板搬送手段を備え、
該基板搬送手段が、基板を前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの渦を成す面と対向するように搬送し、
前記基板搬送手段によって基板が搬送される向きと交差する方向に隣り合った状態で前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが固定されたことを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記第１の高周波コイル及び前記第２の高周波コイルが、第１の材料で形成した円管状の本体部と、該本体部の表面を前記第１の材料よりも電気抵抗が低い第２の材料で被覆した被覆層と、で構成されたことを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
真空容器内のプラズマを発生させる領域に面する壁面に熱分解窒化硼素を被覆した薄膜形成装置を用いて薄膜に対してプラズマ処理を行う薄膜形成方法であって、
前記プラズマを発生させる領域に反応性ガスと不活性ガスを混合して導入する工程と、
前記反応性ガスのプラズマを発生させる工程と、を備えることを特徴とする薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は光学薄膜や光学デバイス、オプトエレクトロニクス用デバイス、半導体デバイス等に用いる薄膜を製造するための薄膜形成装置及び薄膜形成方法に係り、特にプラズマ発生手段や真空容器を改良して、薄膜と化学反応する活性種の密度を向上させる薄膜形成装置及び当該薄膜形成装置を用いた薄膜形成方法に関する。
【背景技術】  従来から真空容器内でプラズマ化させた反応性ガスを用いて基板上への薄膜の形成、形成した薄膜の表面改質、エッチング等のプラズマ処理が行われている。例えば、スパッタ技術を用いて基板上に金属の不完全反応物からなる薄膜を形成し、この不完全反応物からなる薄膜にプラズマ化した反応性ガスを接触させ、金属化合物からなる薄膜を形成する技術が知られている（例えば、特開２００１−２３４３３８号公報）。
この技術では、薄膜形成装置が備える真空容器内で反応性ガスをプラズマ化するためにプラズマ発生手段が用いられている。プラズマ発生手段でプラズマ化したガスには、イオン，電子，原子，分子や、活性種（ラジカル，励起状態のラジカル等）が含まれる。プラズマ化したガスに含まれる電子，イオンは薄膜へ損傷を与えるおそれがある一方で、電気的に中性な反応性ガスのラジカルは薄膜の形成に寄与する場合が多い。このため、この従来の技術では、電子，イオンが基板上の薄膜へ向かうのを阻止して、ラジカルを選択的に薄膜に接触させるためにグリッドが用いられていた。このように、グリッドを用いることで、薄膜の形成に寄与するラジカルのプラズマガス中における相対的な密度を向上させて、プラズマ処理の効率化が図られていた。
しかし、ラジカルの相対的な密度を向上させるためにグリッドを用いると、薄膜形成装置の構造が複雑になるという問題点や、真空容器内のラジカルの分布領域がグリッドの寸法，形状，配置によって制限を受けるという問題点があった。このような問題点は、広範囲にプラズマ処理を行うことを妨げ、プラズマ処理の非効率化の要因となり、結果として薄膜の生産効率を向上させることの妨げとなっていた。また、ラジカルの分布領域を広くするためにグリッドを大きくすると、コストがかかるという問題点も生じる。
ところで、プラズマを発生させるためのプラズマ発生手段としては、従来から平行平板型，ＥＣＲ型，誘導結合型等の装置が知られている。誘導結合型の装置としては、円筒型と平板型の装置が知られている。
図１０は、平板型の従来のプラズマ発生装置１６１を説明する図である。図１０のＡで示す図は、薄膜形成装置の一部を示した断面図である。図１０のＡに示すように、平板型の従来のプラズマ発生手段は、真空容器１１１の一部を石英等の誘電体からなる誘電板１６３で構成し、誘電板１６３の大気側に位置する外壁に沿ってアンテナ１６５を配置する。
図１０のＢに、アンテナ１６５の形状を示す。アンテナ１６５は、同一平面内で渦状となっている。平板型の従来のプラズマ発生装置１６１では、アンテナ１６５にマッチング回路を備えたマッチングボックス１６７を介して高周波電源１６９によって１００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚの周波数の電力を印加して真空容器１１１内にプラズマを発生させるものである。
アンテナ１６５に対する高周波電力の印加は、図１０のマッチングボックス１６７で示すような、インピーダンスマッチングを行うためのマッチング回路を介して行なわれる。図１０に示すように、アンテナ１６５と高周波電源１６９の間に接続されるマッチング回路は、可変コンデンサ１６７ａ，１６７ｂとマッチング用コイル１６７ｃとを備えている。
従来のプラズマ発生手段で、真空容器内で広範囲に対してプラズマ処理を行う場合には、アンテナ１６５を大きくすることが行なわれていたが、そうするとアンテナ１６５や、マッチング用コイル１６７ｃでの電力損失が大きくなるとともに、インピーダンスのマッチングがとりにくくなるという問題もあった。また、広範囲にプラズマ処理を行う場合には、場所によってプラズマの密度にむらが生じる等の問題も生じていた。
以上の問題点に鑑みて、本発明の目的は、効率よく広範囲でプラズマ処理を行うことができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することにある。
【発明の開示】
本発明に係る薄膜形成装置は、内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に前記反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備える薄膜形成装置であって、熱分解窒化硼素が前記真空容器内の壁面に被覆されていることを特徴とする。
熱分解窒化硼素が真空容器内の壁面に被覆されていることによって、プラズマ発生手段で発生させたプラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカル等の活性種が、真空容器内の壁面と反応して消滅することを抑制することが可能となる。
このとき、熱分解窒化硼素が被覆される前記真空容器内の壁面が、前記真空容器の内壁面であると好適である。
このように、真空容器の内壁面に熱分解窒化硼素が被覆されることで、プラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカル等の活性種が、真空容器と反応して消滅することを抑制することが可能となる。
また、熱分解窒化硼素が被覆される前記真空容器内の壁面が、前記プラズマ発生手段によってプラズマが発生する領域に面した前記真空容器の内壁面であると好適である。
このように、プラズマが発生する領域に面した真空容器の内壁面に熱分解窒化硼素が被覆されることで、プラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカル等の活性種が、真空容器と反応して消滅することを抑制することが可能となる。
また、前記プラズマ発生手段によってプラズマが発生する領域に面して前記真空容器の内壁面から立設するプラズマ収束壁を備え、熱分解窒化硼素が被覆される前記真空容器内の壁面は、前記プラズマ収束壁の壁面であると好適である。
このように、熱分解窒化硼素がプラズマ収束壁に被覆されていることによって、プラズマ発生手段で発生させたプラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカル等の活性種が、プラズマ収束壁の壁面と反応して消滅することを抑制することが可能となる。また、プラズマ収束壁を備えているため、プラズマ収束壁でプラズマの分布をコントロールすることが可能となる。
本発明に係る薄膜形成装置は、内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に前記反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備える薄膜形成装置であって、前記プラズマ発生手段が、前記真空容器の外壁に設けた誘電体壁と、渦状の第１のアンテナ及び第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを高周波電源と接続するための導線と、を有して構成され、前記真空容器の外側で前記誘電体壁に対応する位置に前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを固定するコイル固定手段を備え、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナが前記高周波電源に対して並列に接続され、前記導線に接続される部分で前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとを繋ぐ箇所に前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間隔を調整するための位置調整手段を設けたことを特徴とする。
このように、本発明の薄膜形成装置は、第１のアンテナと第２のアンテナを備えているので、第１のアンテナと第２のアンテナの太さ、形状、大きさ或いは径等を独立に調整することで、プラズマの分布を容易に調整することができる。また、本発明の薄膜形成装置は、高周波電源から第１のアンテナ及び第２のアンテナに至る導線のうち第１のアンテナと第２のアンテナとの間を繋ぐ箇所に第１のアンテナと第２のアンテナとの間隔を調整するための位置調整手段を備えているので、第１のアンテナと第２のアンテナとの間隔を調整して、プラズマの分布を容易に調整することができる。さらに、第１のアンテナと第２のアンテナを並列に接続することで、第１のアンテナ及び第２のアンテナにマッチング回路を接続する場合でも、マッチング回路でのインピーダンスマチングをとりやすくするとともに、マッチング回路における電力損失を低減させて、電力をプラズマの発生のために有効に活用することが可能となる。
このとき、前記真空容器の中に基板を搬送するための基板搬送手段を備え、該基板搬送手段が、基板を前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの渦を成す面と対向するように搬送し、前記基板搬送手段によって基板が搬送される向きと交差する方向に隣り合った状態で前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが固定されると好適である。
このように、基板が搬送される向きと交差する方向に隣り合った状態で第１のアンテナ及び第２のアンテナが固定されることで、基板の搬送方向に垂直な向きでのプラズマの密度分布を容易に調整することができる。したがって、基板の搬送方向に垂直な向きで広範囲にプラズマ処理を行うことで、一度に多量の薄膜に対してプラズマ処理を行うことが可能となる。
さらに、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが、第１の材料で形成した円管状の本体部と、該本体部の表面を前記第１の材料よりも電気抵抗が低い第２の材料で被覆した被覆層と、で構成されると好適である。
このように、構成することで、第１のアンテナ及び第２のアンテナの本体部を安価で加工のしやすい第１の材料で形成し、電流が集中する被服層を電気抵抗の低い第２の材料で形成することで、アンテナの高周波のインピーダンスを低下することができ、効率的な薄膜形成を行うことが可能となる。
本発明に係る薄膜形成方法は、真空容器内のプラズマを発生させる領域で薄膜に対してプラズマ処理を行う薄膜形成方法において、少なくとも前記プラズマを発生させる領域に面する前記真空容器内の壁面に熱分解窒化硼素を被覆した前記真空容器を用いるとともに、前記プラズマを発生させる領域に反応性ガスと不活性ガスを混合して導入する工程と、前記反応性ガスのプラズマを発生させる工程と、を備えることを特徴とする。
このように、プラズマを発生させる領域に面する壁面に熱分解窒化硼素を被覆した真空容器を用いることで、発生させたプラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカル等の活性種が、真空容器の内壁面と反応して消滅することを抑制して、高効率のプラズマ処理を行うことが可能となる。また、プラズマが発生する領域に反応性ガスと不活性ガスを混合して導入することで、プラズマ中における反応性ガスのラジカルの密度を向上させることができ、高効率のプラズマ処理を行うことが可能となる。
本発明の他の利点等は、以下の記述により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の薄膜形成装置について説明する一部断面をとった上面の説明図である。図２は、本発明の薄膜形成装置について説明する一部断面をとった側面の説明図である。図３は、プラズマ発生手段を説明する説明図である。図４は、アンテナの断面図である。図５は、プラズマ中の酸素原子と酸素イオンの割合を測定した実験結果の一例を示す図である。図６は、プラズマ中に存在する励起状態の酸素ラジカルと、酸素イオンの発光強度を測定した実験結果の一例を示す。図７は、プラズマ中の酸素ラジカルの流量密度を測定した実験結果の一例を示す図である。図８は、従来のプラズマ発生手段を用いて酸化ケイ素と酸化ニオブの多層薄膜を形成した場合の薄膜の透過率を測定した実験結果の一例を示す図である。図９は、本発明のプラズマ発生手段を用いて酸化ニオブと酸化ケイ素の多層薄膜を形成した場合の薄膜の透過率を測定した実験結果の一例を示す図である。図１０は、平板型の従来のプラズマ発生手段を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。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。
図１，図２は、スパッタ装置１について説明する説明図である。図１が理解の容易のために一部断面をとった上面の説明図、図２が、図１の線Ａ−Ｂ−Ｃに沿って一部断面をとった側面の説明図である。スパッタ装置１は本発明の薄膜形成装置の一例である。
本例では、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装置１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装置を用いることもできる。
本例のスパッタ装置１によれば、目的の膜厚よりもかなり薄い薄膜をスパッタで作成し、プラズマ処理を行うことを繰り返すことで目的の膜厚の薄膜を基板上に形成できる。本例では、スパッタとプラズマ処理によって平均０．０１〜１．５ｎｍの膜厚の薄膜を形成する工程を繰り返すことで、目的とする数〜数百ｎｍ程度の膜厚の薄膜を形成する。
本例のスパッタ装置１は、真空容器１１と、薄膜を形成させる基板を真空容器１１内で保持するための基板ホルダ１３と、基板ホルダ１３を駆動するためのモータ１７と、仕切壁１２，１６と、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂと、中周波交流電源２３と、プラズマを発生するためのプラズマ発生装置６１と、を主要な構成要素としている。仕切板１６は、本発明のプラズマ収束壁に相当し、プラズマ発生装置６１は、本発明のプラズマ発生手段に相当し、基板ホルダ１３及びモータ１７は本発明の基板搬送手段に相当する。
真空容器１１は、公知のスパッタ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。真空容器１１の形状は中空の円柱状であってもよい。
基板ホルダ１３は、真空容器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（不図示）を保持する。なお、基板ホルダ１３の形状は円筒状ではなく、中空の多角柱状や、円錐状であってもよい。基板ホルダ１３は、真空容器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（図２参照）が真空容器１１の上下方向になるように真空容器１１内に配設される。基板ホルダ１３は、真空容器１１内の真空状態を維持した状態で、真空容器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。
基板ホルダ１３の外周面には、多数の基板（不図示）が、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保持される。本例では、基板の薄膜を形成させる面（以下「膜形成面」という）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、基板が基板ホルダに保持されている。
仕切板１２，１６は、真空容器１１の内壁面から基板ホルダ１３へ向けて立設して設けられている。本例における仕切壁１２，１６は、向かい合う１対の面が開口した筒状の略直方体をした、ステンレス製の部材である。仕切壁１２，１６は、真空容器１１の側内壁と基板ホルダ１３との間に、真空容器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る。このとき仕切壁１２，１６の開口した一方側が真空容器１１の側内壁側に、他方側が基板ホルダ１３に面する向きで、仕切壁１２，１６は固定される。また、仕切壁１２，１６の基板ホルダ１３側に位置する端部は、基板ホルダの外周形状に沿った形状になっている。
真空容器１１の内壁面，仕切板１２，基板ホルダ１３の外周面に囲繞されて、スパッタを行うための成膜プロセスゾーン２０が形成されている。また、真空容器１１の内壁面，後述のプラズマ発生装置６１，仕切板１６，基板ホルダ１３の外周面に囲繞されて、プラズマを発生させて基板上の薄膜に対してプラズマ処理を行うための反応プロセスゾーン６０が形成されている。本例では、真空容器１１の仕切壁１２が固定されている位置から、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚを中心にして約９０度回転させた位置に仕切壁１６が固定されている。このため、成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン６０が、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚに対して約９０度ずれた位置に形成される。したがって、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の外周面に保持された基板が、成膜プロセスゾーン２０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。
真空容器１１の成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン６０との間の位置には、排気用の配管が接続され、この配管には真空容器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、真空容器１１内の真空度が調整できるように構成されている。
仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面には、熱分解窒化硼素（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）からなる保護層Ｐが被覆されている。さらに、真空容器１１の内壁面の反応プロセスゾーン６０に面する部分にも熱分解窒化硼素からなる保護層Ｐが被覆されている。熱分解窒化硼素は、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用した熱分解法によって仕切壁１６や真空容器１１の内壁面へ被覆される。
成膜プロセスゾーン２０には、マスフローコントローラ２５，２６が配管を介して連結されている。マスフローコントローラ２５は、不活性ガスを貯留するスパッタガスボンベ２７に接続されている。マスフローコントローラ２６は、反応性ガスを貯留する反応性ガスボンベ２８に接続されている。不活性ガスと反応性ガスは、マスフローコントローラ２５，２６で制御されて成膜プロセスゾーン２０に導入される。不活性ガスとしては、例えばアルゴンガス等である。反応性ガスとしては、例えば酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等を用いることができる。
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、真空容器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容器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、中周波交流電源２３に接続され、交番電界が印加可能に構成されている。本例の中周波交流電源２３は、１ｋ〜１００ｋＨｚの交番電界を印加するものである。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂには、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。
なお、スパッタを行う成膜プロセスゾーンを一箇所だけではなく、複数箇所設けることもできる。すなわち、図１の破線で示すように、真空容器１１に成膜プロセスゾーン２０と同様の成膜プロセスゾーン４０を設けることもできる。例えば、真空容器１１に仕切壁１４を設けて、成膜プロセスゾーン２０に対して基板ホルダ１３を挟んで対象の位置に、成膜プロセスゾーン４０を形成することができる。成膜プロセスゾーン４０には、成膜プロセスゾーン２０と同様に、マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂが配置されている。マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂは、トランス４４を介して、中周波交流電源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、ターゲット４９ａ，４９ｂが保持される。成膜プロセスゾーン４０には、マスフローコントローラ４５，４６が配管を介して連結されている。マスフローコントローラ４５は不活性ガスを貯留するスパッタガスボンベ４７に、マスフローコントローラ４６は反応性ガスを貯留する反応性ガスボンベ４８に接続されている。真空容器１１の成膜プロセスゾーン４０と反応プロセスゾーン６０との間の位置には、排気用の配管が接続され、この配管には真空容器１１内を排気するための真空ポンプ１５’が接続される。真空ポンプ１５’を真空ポンプ１５と共通に使用してもよい。
反応プロセスゾーン６０に対応する真空容器１１の内壁面には、開口が形成され、この開口には、プラズマ発生手段としてのプラズマ発生装置６１が連結されている。また、反応プロセスゾーン６０には、本発明のガス導入手段として、マスフローコントローラ７５を介して不活性ガスボンベ７７内の不活性ガスを導入するための配管や、マスフローコントローラ７６を介して反応性ガスボンベ７８内の反応性ガスを導入するための配管が接続されている。
図３は、プラズマ発生装置６１を説明する説明図であり、プラズマ発生装置６１を正面から見た説明図である。図３には、マッチングボックス６７と、高周波電源６９も示している。
プラズマ発生装置６１は、誘電体で板状に形成された誘電体壁６３と、同一平面上で渦を成すアンテナ６５ａ，６５ｂと、アンテナ６５ａ，６５ｂを高周波電源６９と接続するための導線６６と、アンテナ６５ａ，６５ｂを誘電体壁６３に対して固定するための固定具６８を有して構成されている。アンテナ６５ａは、本発明の第１のアンテナに相当し、アンテナ６５ｂは、本発明の第２のアンテナに相当し、固定具６８は本発明のコイル固定手段に相当する。
本例の誘電体壁６３は、石英で形成されている。なお、誘電体壁６３は石英ではなくＡｌ２Ｏ３等の他のセラミックス材料で形成されたものでもよい。誘電体壁６３は、真空容器１１に形成されたフランジ１１ａと、矩形枠状をした蓋体１１ｂとによって挟まれるようにして、反応プロセスゾーン６０に対応して真空容器１１の内壁に形成された開口を塞ぐ位置に設けられる。アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとは、真空容器１１の外側で誘電体壁６３に対応する位置に、渦を成す面が真空容器１１の内側を向くように上下に隣り合った状態で、固定具６８によって固定される（図２，図３参照）。したがって、モータ１７が基板ホルダ１３を中心軸線Ｚ周りに回転させることにより、基板ホルダの外周に保持された基板は、基板の膜形成面がアンテナ６５ａ，６５ｂの渦を成す面と対向するように搬送される。すなわち、本例では、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとが上下に隣り合った状態で固定されているため、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとは、基板が搬送される向きと交差する方向（本例では上下方向）に隣り合った状態で固定されることになる。
本例の固定具６８は、固定板６８ａ，６８ｂと、ボルト６８ｃ，６８ｄで構成される。固定板６８ａと誘電体壁６３とでアンテナ６５ａを挟み、固定板６８ｂと誘電体壁６３とでアンテナ６５ｂを挟み、固定板６８ａ，６８ｂを蓋体１１ｂに対してボルト６８ｃ，６８ｄを締め付けること、アンテナ６５ａ，６５ｂは固定される。
アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂは、高周波電源からアンテナ６５ａ，６５ｂに至る導線６６の先に、高周波電源６９に対して並列に接続される。アンテナ６５ａ，６５ｂは、マッチング回路を収容するマッチングボックス６７を介して高周波電源６９に接続される。マッチングボックス６７内には、図３に示すように、可変コンデンサ６７ａ，６７ｂが設けられている。本例では、アンテナ６５ａに対してアンテナ６５ｂが並列に接続されているため、従来のマッチング回路（図１１参照）でマッチング用コイル１６７ｃが果たす役目の全部又は一部を、アンテナ６５ｂが果たす。したがって、マッチングボックス内での電力損失を軽減し、高周波電源６９から供給される電力をアンテナ６５ａ，６５ｂでプラズマの発生に有効に活用することができる。また、インピーダンスマッチングもとりやすくなる。
導線６６の先に接続された部分で、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとの間を繋ぐ箇所には、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとの間隔Ｄを調整できるように、たるみ部６６ａ，６６ｂを設けている。たるみ部６６ａ，６６ｂは本発明の位置調整手段に相当する。本例のスパッタ装置１では、アンテナ６５ａ，６５ｂを固定具６８によって固定する際に、たるみ部６６ａ，６６ｂを伸縮させることで、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂの上下方向の間隔Ｄを調整することができる。すなわち、固定板６８ａ，６８ｂと誘電体壁６３とによって、アンテナ６５ａ，６５ｂを挟む位置を変えることで、間隔Ｄを調整することが可能となる。
図４は、アンテナ６５ａの断面図である。本例のアンテナ６５ａは、銅で形成された円管状の本体部６５ａ１と、本体部の表面を被覆する銀で形成された被服層６５ａ２から構成される。アンテナ６５ａのインピーダンスを低下するためには、電気抵抗の低い材料でアンテナ６５ａを形成するのが好ましい。そこで、高周波の電流がアンテナの表面に集中するという特性を利用して、本体部６５ａ１を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い銅で円管状に形成し、本体部６５ａ１の外側の表面を銅よりも電気抵抗の低い銀で被覆した被覆層６５ａ２を備える構成とした。このように構成することで、高周波に対するアンテナ６５ａ，６５ｂのインピーダンスを低減して、アンテナ６５ａに電流を効率よく流して、プラズマを発生させる効率を高めている。アンテナ６５ｂの構成も、アンテナ６５ａと同様に銅製の本体部６５ｂ１と銀で形成された被覆層６５ｂ２を備えている。勿論、アンテナ６５ａと、アンテナ６５ｂの断面の大きさ（太さ）を変えることもできる。なお、本例では、たるみ部６６ａ，６６ｂも、銅で円管状に形成され、表面に銀を被覆している。
本例のプラズマ発生装置６１では、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂの上下方向の間隔Ｄや、アンテナ６５ａの径Ｒａや、アンテナ６５ｂの径Ｒｂ等を調整してアンテナ６５ａ，６５ｂを固定し、反応性ガスボンベ７８内の反応性ガスを、マスフローコントローラ７５を介して０．１Ｐａ〜１０Ｐａ程度の真空に保った反応プロセスゾーン６０へ導入する。そして、高周波電源６９からアンテナ６５ａ，６５ｂに１３．５６ＭＨｚの電圧を印加することで、反応プロセスゾーン６０に反応性ガスのプラズマを所望の分布で発生させ、基板ホルダ１３に配置される基板に対してプラズマ処理を行うことができる。
本例では、並列に接続した２つのアンテナ６５ａ，６５ｂと、たるみ部６６ａ，６６ｂを備える構成により、１つのアンテナを大きくする場合に比べて、マッチングボックス６７内のマッチング回路での電力損失を低減でするとともに、インピーダンスマッチングをとりやすくして、効率的なプラズマ処理を広範囲で行うことができる。
さらに、アンテナ６５ａ，６５ｂの本体部６５ａ１，６５ｂ１を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い銅で円管状に形成し、さらに、被覆層６５ａ２，６５ｂ２を銅よりも電気抵抗の低い材料である銀で形成することで、アンテナ６５ａ，６５ｂの高周波のインピーダンスを低下することができ、電力損失を低減した効率的なプラズマ処理を行うことができる。
さらに、本例では、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂの上下方向の間隔Ｄを調整することで、基板ホルダ１３に配置される基板に対するプラズマの分布を調整することができる。また、アンテナ６５ａの径Ｒａや、アンテナ６５ｂの径Ｒｂ、又はアンテナ６５ａ，６５ｂの太さ等を独立に変更することができるため、アンテナ６５ａの径Ｒａや、アンテナ６５ｂの径Ｒｂ又は太さ等を調整することでも、プラズマの分布を調整することができる。また、本例では、図３に示すように、アンテナ６５ａやアンテナ６５ｂが大小の半円から構成される全体形状を備えているが、アンテナ６５ａやアンテナ６５ｂの全体形状を、矩形などの形状に変更して、プラズマの分布を調整することも可能である。
特に、基板の搬送方向に交差する方向にアンテナ６５ａとアンテナ６５ｂを並べて、両者の間隔も調整することができるため、基板の搬送方向に交差する方向で広範囲にプラズマ処理を行う必要がある場合に、プラズマの密度分布を容易に調整することができる。例えば、本例のようなカルーセル型のスパッタ装置１を用いてプラズマ処理を行う場合には、基板ホルダ１３での基板の配置，スパッタ条件等により、基板ホルダの上方に位置する薄膜と、中間に位置する薄膜の膜厚に違いが生じている場合がある。このような場合でも、本例のプラズマ発生装置６１を用いれば、膜厚の違いに対応してプラズマの密度分布を適宜調整することができるという利点がある。
そして、本例では、上述のように、仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面や、真空容器１１の内壁面の反応プロセスゾーン６０に面する部分に熱分解窒化硼素が被覆することで、反応プロセスゾーン６０のラジカルの密度を高く維持して、より多くのラジカルを基板上の薄膜と接触させてプラズマ処理の効率化を図っている。すなわち、仕切壁１６や真空容器１１の内壁面に化学的に安定な熱分解窒化硼素を被覆することで、プラズマ発生装置６１によって反応プロセスゾーン６０に発生したラジカル又は励起状態のラジカルが仕切壁１６や真空容器１１の内壁面と反応して消滅することを抑制している。また、仕切壁１６で反応プロセスゾーン６０に発生するラジカルが基板ホルダの方向へ向くようにコントロールできる。
以下に、上述のスパッタ装置１を用いたプラズマ処理の方法として、基板上にスパッタで形成した不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））の薄膜に対してプラズマ処理を行い、その不完全酸化ケイ素よりも酸化が進んだ酸化ケイ素（ＳｉＯｘ２（ｘ１＜ｘ２≦２））の薄膜を形成する方法について例示する。なお、不完全酸化ケイ素とは、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。
まず、基板及びターゲット２９ａ，２９ｂをスパッタ装置１に配置する。基板は基板ホルダ１３に保持させる。ターゲット２９ａ，２９ｂは、それぞれマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに保持させる。ターゲット２９ａ，２９ｂの材料としてケイ素（Ｓｉ）を用いる。
次に、真空容器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を回転させる。その後、真空容器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、０．１Ｐａ〜１．３Ｐａに調整する。
次に、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と、反応性ガスである酸素ガスを、スパッタガスボンベ２７、反応性ガスボンベ２８からマスフローコントローラ２５，２６で流量を調整しながら導き、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。
次に、中周波交流電源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。
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酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））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、これら酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））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、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、基板の膜形成面に安定してケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））からなる薄膜が形成される。
なお、成膜プロセスゾーン２０で形成する薄膜の組成は、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や、基板ホルダ１３の回転速度を制御することで、ケイ素（Ｓｉ）にしたり、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）にしたり、或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））にしたりできる。
成膜プロセスゾーン２０で、基板の膜形成面にケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））からなる薄膜を形成させた後には、基板ホルダ１３の回転駆動によって基板を、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。
反応プロセスゾーン６０には、反応性ガスボンベ７８から反応性ガスとして酸素ガスを導入するとともに、不活性ガスボンベ７７から不活性ガスとしてアルゴンガスを導入する。次に、アンテナ６５ａ，６５ｂに、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加して、プラズマ発生装置６１によって反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させる。反応プロセスゾーン６０の圧力は、０．７Ｐａ〜１Ｐａに維持する。
次に、基板ホルダ１３が回転して、ケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））からなる薄膜が形成された基板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、ケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））からなる薄膜をプラズマ処理によって酸化反応させる工程を行う。すなわち、プラズマ発生装置６１によって反応プロセスゾーン６０に発生させた酸素ガスのプラズマでケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））を酸化反応させて、所望の組成の不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ２（ｘ１＜ｘ２＜２））或いは酸化ケイ素に変換させる。
以上の工程によって、本例では、所望の組成の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））薄膜を作成することができる。さらに、以上の工程を繰り返すことで、薄膜を積層させて所望の膜厚の薄膜を作成することができる。
特に、本例では、反応プロセスゾーンに反応性ガスとしての酸素ガスだけではなく、不活性ガスとしてアルゴンガスを導入することで、プラズマ中における反応性ガスのラジカルの密度を向上させることができる。この効果を図５，図６で示す。
図５は、反応プロセスゾーン６０に発生したプラズマ中の酸素原子と酸素イオンの割合を示す図であり、反応プロセスゾーン６０に酸素ガスだけを導入した場合と、酸素ガスとアルゴンガスを混合して導入した場合とを比較した実験結果を示している。図５の横軸が高周波電源６９で印加する電力を、縦軸が発光強度比を示している。なお、発光強度比は、発光分光法（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）でプラズマ中に存在する励起状態の酸素ラジカルと、酸素イオンの発光強度を測定することで求めている。図５から、反応プロセスゾーン６０に酸素ガスだけを１５０ｓｃｃｍで導入した場合よりも、酸素ガスとアルゴンガスを混合して導入した場合（酸素ガスを１１０ｓｃｃｍで、アルゴンガスを４０ｓｃｃｍで導入した場合）に、励起状態の酸素ラジカルの密度が高いことがわかる。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。
図６は、反応プロセスゾーン６０に酸素ガスとアルゴンガスを混合して導入した場合における、プラズマ中に存在する励起状態の酸素ラジカルと、酸素イオンの発光強度を発光分光法で測定した実験結果を示す。図６の横軸が高周波電源６９で印加する電力を、縦軸が発光強度比を示している。
さらに、本例では、上述のように仕切壁１６や、真空容器に熱分解窒化硼素が被覆されているため、反応プロセスゾーン６０におけるプラズマ中の酸素ラジカルの密度を高く維持することができる。この効果を図７で示す。
図７は、反応プロセスゾーン６０に発生したプラズマ中の酸素ラジカルの流量密度を示す図であり、仕切壁１６や真空容器に熱分解窒化硼素（ＰＢＮ）を被覆した場合と、被覆しない場合とを比較した実験結果の一例を示している。本実験例では、仕切壁１６や真空容器に熱分解窒化硼素を被覆した場合として、仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０側に面する側や、真空容器１１の内壁面で仕切壁１６によって囲繞される反応プロセスゾーン６０に面する部分に熱分解窒化硼素を被覆している。
図７の横軸が反応プロセスゾーン６０に導入する酸素ガスの流量を、縦軸が反応プロセスゾーン６０に発生したプラズマ中の酸素ラジカルの流量密度を示している。なお、図７の縦軸に示す酸素ラジカルの流量密度の値は、絶対流量密度の値を示している。絶対流量密度の値は、銀薄膜の酸化度合いから求める。すなわち、基板ホルダ１３に銀薄膜を形成させた基板を保持させておいて、反応プロセスゾーン６０でのプラズマ処理前後の薄膜の重量変化から銀の酸化度合いを計測し、この酸化度合いから絶対流量密度の値を計算して求めている。図７から、仕切壁１６や真空容器に熱分解窒化硼素を被覆した場合に、酸素ラジカルの流量密度が高いことがわかる。
以上は、所望の組成の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））薄膜を作成する場合を説明したが、スパッタを行う成膜プロセスゾーンを一箇所だけではなく複数箇所設けてスパッタを行うことで、異なる組成の薄膜を繰り返し積層させた薄膜を形成することもできる。例えば、上述のように、スパッタ装置１に成膜プロセスゾーン４０を設けて、ターゲット４９ａ，４９ｂとしてニオブ（Ｎｂ）を用いる。そして、酸化ケイ素薄膜を作成した場合と同様の方法で、酸化ケイ素薄膜の上に所望の組成の酸化ニオブ（ＮｂＯｙ（ｙ＜２．５））薄膜を作成する。そして、成膜プロセスゾーン２０でのスパッタ，反応プロセスゾーン６０でのプラズマ処理による酸化，成膜プロセスゾーン４０でのスパッタ，反応プロセスゾーン６０でのプラズマ処理による酸化という工程を繰り返すことで、所望の組成の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））薄膜と酸化ニオブ（ＮｂＯｙ（ｙ≦２．５））薄膜を繰り返し積層させた薄膜を形成することができる。
特に、本例では、プラズマ発生装置６１を備えたスパッタ装置１を用いることで、緻密で膜質のよい高機能の薄膜を作成することができる。この効果を図８，図９で示す。
図８，図９は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の多層薄膜を形成した場合の薄膜の透過率を示す図である。図８が、スパッタ装置１のプラズマ発生装置６１に代えて図１０に示す従来のプラズマ発生装置１６１を用いて酸化ニオブと酸化ケイ素の多層薄膜を形成した場合の実験結果であり、図９が本例のプラズマ発生装置６１を用いて酸化ニオブと酸化ケイ素の多層薄膜を形成した場合の実験結果である。図８，図９の横軸が測定波長、縦軸が透過率を示している。
従来型のプラズマ発生装置１６１を用いた場合では、高周波電源１６９で５．５ｋＷの電圧を印加し、ＳｉＯ２を０．３ｎｍ／ｓ、Ｎｂ２Ｏ５を０．２ｎｍ／ｓのレートで成膜した。そして、ＳｉＯ２層とＮｂ２Ｏ５層を順番に１７回繰り返して積層し、総物理膜厚９４０ｎｍの薄膜を作成した。その結果、測定波長を６５０ｎｍとしたときに減衰係数ｋが１００×１０−５である薄膜が作成された（図８）。
一方、本例のプラズマ発生装置６１を備えたスパッタ装置１を用いた場合では、高周波電源６９で４．０ｋＷの電圧を印加し、ＳｉＯ２を０．５ｎｍ／ｓ、Ｎｂ２Ｏ５を０．４ｎｍ／ｓのレートで成膜した。そして、ＳｉＯ２層とＮｂ２Ｏ５層を順番に３８回繰り返して積層し、総物理膜厚３２４２ｎｍの薄膜を作成した。その結果、測定波長を６５０ｎｍとしたときに減衰係数ｋが５×１０−５である薄膜が作成された（図９）。
このように、本例のプラズマ発生装置６１を備えたスパッタ装置１を用いて酸化ケイ素と酸化ニオブの多層薄膜を形成した結果をみても判るように、本例のスパッタ装置１を用いてプラズマ処理を行うことで薄膜を作成すれば、減衰係数（吸収係数）の小さい良好な薄膜を作成することができる。
なお、減衰係数ｋは、光学常数（複素屈折率）をＮ、屈折率をｎ、とした場合に、Ｎ＝ｎ＋ｉｋの関係で表される値である。
以上に説明した実施の形態は、例えば、次の（ａ）〜（ｊ）のように、改変することもできる。また、（ａ）〜（ｊ）を適宜組合せて改変することもできる。
（ａ）  上記の実施の形態では、プラズマ発生手段として、図１乃至図３に示すような、板状の誘電体壁６３に対してアンテナ６５ａ，６５ｂを固定した誘導結合型（平板型）のプラズマ発生手段を用いているが、本発明は、他のタイプのプラズマ発生手段を備えた薄膜形成装置にも適用される。すなわち、誘導結合型（平板型）以外のタイプのプラズマ発生手段を備えた薄膜形成装置を用いた場合でも、熱分解窒化硼素を真空容器の内壁面や、プラズマ収束壁に被覆することで、上記の実施形態と同様に、プラズマ発生手段で発生させたプラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカルが、真空容器の内壁面やプラズマ収束壁の壁面と反応して消滅することを抑制することができる。誘導結合型（平板型）以外のタイプのプラズマ発生手段としては、例えば、平行平板型（二極放電型）や、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）型や、マグネトロン型や、ヘリコン波型や、誘導結合型（円筒型）等の種々のものが考えられる。
（ｂ）  上記の実施の形態では、薄膜形成装置の一例として、スパッタ装置について説明したが、本発明は、他のタイプの薄膜形成装置にも適用できる。薄膜形成装置としては、例えば、プラズマを用いたエッチングを行うエッチング装置、プラズマを用いたＣＶＤを行うＣＶＤ装置等でもよい。また、プラスチックの表面処理をプラズマを用いて行う表面処理装置にも適用できる。
（ｃ）  上記の実施の形態では、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。本発明は、基板がプラズマを発生させる領域に面して搬送される他のスパッタ装置にも適用できる。
（ｄ）  上記の実施の形態では、仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面や、真空容器１１の内壁面の反応プロセスゾーン６０に面に熱分解窒化硼素からなる保護層Ｐを形成したが、他の部分にも熱分解窒化硼素からなる保護層Ｐを形成してもよい。例えば、仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面だけではなく、仕切壁１６の他の部分にも熱分解窒化硼素を被覆してもよい。これにより、ラジカルが仕切壁１６と反応して、ラジカルが減少するのを最大限回避することができる。また、例えば、真空容器１１の内壁面の反応プロセスゾーン６０に面する部分だけではなく、真空容器１１の内壁面における他の部分、例えば内壁面の全体に熱分解窒化硼素を被覆してもよい。これにより、ラジカルが真空容器１１の内壁面と反応して、ラジカルが減少するのを最大限回避することができる。仕切壁１２に熱分解窒化硼素を被覆してもよい。
（ｅ）  上記の実施の形態では、熱分解窒化硼素を仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面や、真空容器１１の内壁面に被覆した場合を説明したが、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や、窒化ホウ素（ＢＮ）を被覆することでも、プラズマ発生手段で発生させたプラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカルが、真空容器の内壁面やプラズマ収束壁の壁面と反応して消滅することを抑制することができる。
（ｆ）  上記の実施の形態では、固定板６８ａ，６８ｂと誘電体壁６３とでアンテナ６５ａ，６５ｂを挟み、ボルト６８ｃ，６８ｄで固定板６８ａ，６８ｂを蓋体１１ｂに固定することで、アンテナ６５ａ，６５ｂを固定したが、要は、間隔Ｄを調整してアンテナ６５ａ，６５ｂを固定できれば他の方法でもよい。例えば、固定板６８ａに対してアンテナ６５ａを、固定板６８ｂに対してアンテナ６５ｂを予め固定しておき、蓋体１１ｂにボルト６８ｃ，６８ｄを上下にスライドさせる長穴を設けておく。そして、固定板６８ａ，６８ｂを上下方向にスライドさせて間隔Ｄを選び、所望の間隔Ｄでボルト６８ｃ，６８ｄを締め付けることで、蓋体１１ｂに対する固定板６８ａ，６８ｂの上下方向の固定位置を決めてもよい。
（ｇ）  上記の実施の形態では、アンテナ６５ａの本体部６５ａ１を銅で、被覆層６５ａ２を銀で形成したが、本体部６５ａ１を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い材料で形成し、電流が集中する被服層６５ａ２を本体部６５ａ１よりも電気抵抗の低い材料で形成すればよいため、他の材料の組合せでもよい。例えば、本体部６５ａ１をアルミニウム又はアルミニウム−銅合金で形成したり、被服層６５ａ２を銅，金で形成したりしてもよい。アンテナ６５ｂの本体部６５ｂ１，被覆層６５ｂ２も同様に改変できる。また、アンテナ６５ａと、アンテナ６５ｂを、異なる材料で形成してもよい。
（ｈ）  上記の実施の形態では、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で、本発明を酸化処理以外のプラズマ処理にも適用することができる。
（ｉ）  上記の実施の形態では、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もよい。
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におけるプラズマ処理により、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などの超硬膜を作成できる。ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５のような絶縁性の金属化合物は、金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ）に比べスパッタ速度が極端に遅く生産性が悪いので、特に本発明の薄膜形成装置を用いてプラズマ処理すると有効である。
（ｊ）  上記の実施の形態では、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。
以上に説明した実施の形態から把握できる、請求の範囲に記載した以外の発明として、例えば、次のに示す薄膜形成方法が考えられる。
すなわち、真空容器内のプラズマが発生する領域に面して前記真空容器の内壁面から立設するプラズマ収束壁に熱分解窒化硼素を被覆した薄膜形成装置を用いて薄膜に対してプラズマ処理を行う薄膜形成方法であって、前記プラズマを発生させる領域に反応性ガスと不活性ガスを混合して導入する工程と、前記反応性ガスのプラズマを発生させる工程と、を備えることを特徴とする薄膜形成方法が考えられる。
この薄膜形成方法では、プラズマが発生する領域に面して前記真空容器の内壁面から立設するプラズマ収束壁に熱分解窒化硼素を被覆した真空容器を用いることで、発生させたプラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカルが、プラズマ収束壁の壁面と反応して消滅することを抑制して、高効率のプラズマ処理を行うことが可能となる。また、プラズマが発生する領域に反応性ガスと不活性ガスを混合して導入することで、プラズマ中における反応性ガスのラジカルの密度を向上させることができ、高効率のプラズマ処理を行うことができる。また、プラズマ収束壁を備えた真空容器を用いることで、プラズマの分布をコントロールすることが可能となる。
産業上の利用性
以上のように本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法においては、効率よく広範囲でプラズマ処理を行うことができる。
【図１】
2004108979.tif 000003
【図２】
2004108979.tif 000004
【図３】
2004108979.tif 000005
【図４】
2004108979.tif 000006
【図５】
2004108979.tif 000007
【図６】
2004108979.tif 000008
【図７】
2004108979.tif 000009
【図８】
2004108979.tif 000010
【図９】
2004108979.tif 000011
【図１０】
2004108979.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月18日(2005.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学薄膜や光学デバイス、オプトエレクトロニクス用デバイス、半導体デバイス等に用いる薄膜を製造するための薄膜形成装置に係り、特にプラズマ発生手段や真空容器を改良して、薄膜と化学反応する活性種の密度を向上させる薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から真空容器内でプラズマ化させた反応性ガスを用いて基板上への薄膜の形成、形成した薄膜の表面改質、エッチング等のプラズマ処理が行われている。例えば、スパッタ技術を用いて基板上に金属の不完全反応物からなる薄膜を形成し、この不完全反応物からなる薄膜にプラズマ化した反応性ガスを接触させ、金属化合物からなる薄膜を形成する技術が知られている（例えば、特開２００１―２３４３３８号公報）。
この技術では、薄膜形成装置が備える真空容器内で反応性ガスをプラズマ化するためにプラズマ発生手段が用いられている。プラズマ発生手段でプラズマ化したガスには、イオン，電子，原子，分子や、活性種（ラジカル，励起状態のラジカル等）が含まれる。プラズマ化したガスに含まれる電子，イオンは薄膜へ損傷を与えるおそれがある一方で、電気的に中性な反応性ガスのラジカルは薄膜の形成に寄与する場合が多い。このため、この従来の技術では、電子，イオンが基板上の薄膜へ向かうのを阻止して、ラジカルを選択的に薄膜に接触させるためにグリッドが用いられていた。このように、グリッドを用いることで、薄膜の形成に寄与するラジカルのプラズマガス中における相対的な密度を向上させて、プラズマ処理の効率化が図られていた。
【０００３】
しかし、ラジカルの相対的な密度を向上させるためにグリッドを用いると、薄膜形成装置の構造が複雑になるという問題点や、真空容器内のラジカルの分布領域がグリッドの寸法，形状，配置によって制限を受けるという問題点があった。このような問題点は、広範囲にプラズマ処理を行うことを妨げ、プラズマ処理の非効率化の要因となり、結果として薄膜の生産効率を向上させることの妨げとなっていた。また、ラジカルの分布領域を広くするためにグリッドを大きくすると、コストがかかるという問題点も生じる。
【０００４】
ところで、プラズマを発生させるためのプラズマ発生手段としては、従来から平行平板型，ＥＣＲ型，誘導結合型等の装置が知られている。誘導結合型の装置としては、円筒型と平板型の装置が知られている。
図１０は、平板型の従来のプラズマ発生装置１６１を説明する図である。図１０のＡで示す図は、薄膜形成装置の一部を示した断面図である。図１０のＡに示すように、平板型の従来のプラズマ発生手段は、真空容器１１１の一部を石英等の誘電体からなる誘電板１６３で構成し、誘電板１６３の大気側に位置する外壁に沿ってアンテナ１６５を配置する。
図１０のＢに、アンテナ１６５の形状を示す。アンテナ１６５は、同一平面内で渦状となっている。平板型の従来のプラズマ発生装置１６１では、アンテナ１６５にマッチング回路を備えたマッチングボックス１６７を介して高周波電源１６９によって１００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚの周波数の電力を印加して真空容器１１１内にプラズマを発生させるものである。
【０００５】
アンテナ１６５に対する高周波電力の印加は、図１０のマッチングボックス１６７で示すような、インピーダンスマッチングを行うためのマッチング回路を介して行なわれる。図１０に示すように、アンテナ１６５と高周波電源１６９の間に接続されるマッチング回路は、可変コンデンサ１６７ａ，１６７ｂとマッチング用コイル１６７ｃとを備えている。
従来のプラズマ発生手段で、真空容器内で広範囲に対してプラズマ処理を行う場合には、アンテナ１６５を大きくすることが行なわれていたが、そうするとアンテナ１６５や、マッチング用コイル１６７ｃでの電力損失が大きくなるとともに、インピーダンスのマッチングがとりにくくなるという問題もあった。また、広範囲にプラズマ処理を行う場合には、場所によってプラズマの密度にむらが生じる等の問題も生じていた。
以上の問題点に鑑みて、本発明の目的は、効率よく広範囲でプラズマ処理を行うことができる薄膜形成装置を提供することにある。
【発明の開示】
【０００６】
本発明に係る薄膜形成装置は、内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に前記反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備える薄膜形成装置であって、前記プラズマ発生手段が、前記真空容器の外壁に設けた誘電体壁と、渦状の第１のアンテナ及び第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを高周波電源と接続するための導線と、を有して構成され、前記真空容器の外側で前記誘電体壁に対応する位置に前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを固定するアンテナ固定手段を備え、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナが前記高周波電源に対して並列に接続され、前記導線に接続される部分で前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとを繋ぐ箇所に前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間隔を調整するための位置調整手段を設けたことを特徴とする。
このように、本発明の薄膜形成装置は、第１のアンテナと第２のアンテナを備えているので、第１のアンテナと第２のアンテナの太さ、形状、大きさ或いは径等を独立に調整することで、プラズマの分布を容易に調整することができる。また、本発明の薄膜形成装置は、高周波電源から第１のアンテナ及び第２のアンテナに至る導線のうち第１のアンテナと第２のアンテナとの間を繋ぐ箇所に第１のアンテナと第２のアンテナとの間隔を調整するための位置調整手段を備えているので、第１のアンテナと第２のアンテナとの間隔を調整して、プラズマの分布を容易に調整することができる。さらに、第１のアンテナと第２のアンテナを並列に接続することで、第１のアンテナ及び第２のアンテナにマッチング回路を接続する場合でも、マッチング回路でのインピーダンスマッチングをとりやすくするとともに、マッチング回路における電力損失を低減させて、電力をプラズマの発生のために有効に活用することが可能となる。
【０００７】
また、前記薄膜形成装置は、前記プラズマ発生手段と前記高周波電源との間に介在してインピーダンスマッチングを行うマッチングボックスを更に備え、前記マッチングボックスは、インピーダンスマッチング用コイルを具備しないことを特徴とする。
このように、マッチングボックスはインピーダンスマッチング用のマッチングコイルを具備しておらず、マッチング用コイルが果たす役目の全部又は一部をアンテナが果たしている。このため、マッチングボックス内にインピーダンスマッチング用のマッチングコイルを備えた従来の技術と比較して、マッチングボックス内での電力損失を軽減し、インピーダンスのマッチングをとりやすくすることが可能となる。したがって、効率的なプラズマ処理を行うことが可能となる。
このとき、前記真空容器の中に基板を搬送するための基板搬送手段を備え、該基板搬送手段が、基板を前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの渦を成す面と対向するように搬送し、前記基板搬送手段によって基板が搬送される向きと交差する方向に隣り合った状態で前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが固定されると好適である。
このように、基板が搬送される向きと交差する方向に隣り合った状態で第１のアンテナ及び第２のアンテナが固定されることで、基板の搬送方向に垂直な向きでのプラズマの密度分布を容易に調整することができる。したがって、基板の搬送方向に垂直な向きで広範囲にプラズマ処理を行うことで、一度に多量の薄膜に対してプラズマ処理を行うことが可能となる。
【０００８】
さらに、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが、第１の材料で形成した円管状の本体部と、該本体部の表面を前記第１の材料よりも電気抵抗が低い第２の材料で被覆した被覆層と、で構成されると好適である。
このように、構成することで、第１のアンテナ及び第２のアンテナの本体部を安価で加工のしやすい第１の材料で形成し、電流が集中する被覆層を電気抵抗の低い第２の材料で形成することで、アンテナの高周波のインピーダンスを低下することができ、効率的な薄膜形成を行うことが可能となる。
本発明の他の利点等は、以下の記述により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本発明の薄膜形成装置について説明する一部断面をとった上面の説明図である。図２は、本発明の薄膜形成装置について説明する一部断面をとった側面の説明図である。図３は、プラズマ発生手段を説明する説明図である。図４は、アンテナの断面図である。図５は、プラズマ中の酸素原子と酸素イオンの割合を測定した実験結果の一例を示す図である。図６は、プラズマ中に存在する励起状態の酸素ラジカルと、酸素イオンの発光強度を測定した実験結果の一例を示す。図７は、プラズマ中の酸素ラジカルの流量密度を測定した実験結果の一例を示す図である。図８は、従来のプラズマ発生手段を用いて酸化ケイ素と酸化ニオブの多層薄膜を形成した場合の薄膜の透過率を測定した実験結果の一例を示す図である。図９は、本発明のプラズマ発生手段を用いて酸化ニオブと酸化ケイ素の多層薄膜を形成した場合の薄膜の透過率を測定した実験結果の一例を示す図である。図１０は、平板型の従来のプラズマ発生手段を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。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。
図１，図２は、スパッタ装置１について説明する説明図である。図１が理解の容易のために一部断面をとった上面の説明図、図２が、図１の線Ａ−Ｂ−Ｃに沿って一部断面をとった側面の説明図である。スパッタ装置１は本発明の薄膜形成装置の一例である。
本例では、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装置１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装置を用いることもできる。
本例のスパッタ装置１によれば、目的の膜厚よりもかなり薄い薄膜をスパッタで作成し、プラズマ処理を行うことを繰り返すことで目的の膜厚の薄膜を基板上に形成できる。本例では、スパッタとプラズマ処理によって平均０．０１〜１．５ｎｍの膜厚の薄膜を形成する工程を繰り返すことで、目的とする数〜数百ｎｍ程度の膜厚の薄膜を形成する。
本例のスパッタ装置１は、真空容器１１と、薄膜を形成させる基板を真空容器１１内で保持するための基板ホルダ１３と、基板ホルダ１３を駆動するためのモータ１７と、仕切壁１２，１６と、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂと、中周波交流電源２３と、プラズマを発生するためのプラズマ発生装置６１と、を主要な構成要素としている。仕切板１６は、本発明のプラズマ収束壁に相当し、プラズマ発生装置６１は、本発明のプラズマ発生手段に相当し、基板ホルダ１３及びモータ１７は本発明の基板搬送手段に相当する。
【００１１】
真空容器１１は、公知のスパッタ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。真空容器１１の形状は中空の円柱状であってもよい。
基板ホルダ１３は、真空容器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（不図示）を保持する。なお、基板ホルダ１３の形状は円筒状ではなく、中空の多角柱状や、円錐状であってもよい。基板ホルダ１３は、真空容器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（図２参照）が真空容器１１の上下方向になるように真空容器１１内に配設される。基板ホルダ１３は、真空容器１１内の真空状態を維持した状態で、真空容器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。
【００１２】
基板ホルダ１３の外周面には、多数の基板（不図示）が、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保持される。本例では、基板の薄膜を形成させる面（以下「膜形成面」という）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、基板が基板ホルダ１３に保持されている。
仕切板１２，１６は、真空容器１１の内壁面から基板ホルダ１３へ向けて立設して設けられている。本例における仕切壁１２，１６は、向かい合う１対の面が開口した筒状の略直方体をした、ステンレス製の部材である。仕切壁１２，１６は、真空容器１１の側内壁と基板ホルダ１３との間に、真空容器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る。このとき仕切壁１２，１６の開口した一方側が真空容器１１の側内壁側に、他方側が基板ホルダ１３に面する向きで、仕切壁１２，１６は固定される。また、仕切壁１２，１６の基板ホルダ１３側に位置する端部は、基板ホルダ１３の外周形状に沿った形状になっている。
【００１３】
真空容器１１の内壁面，仕切板１２，基板ホルダ１３の外周面に囲繞されて、スパッタを行うための成膜プロセスゾーン２０が形成されている。また、真空容器１１の内壁面，後述のプラズマ発生装置６１，仕切板１６，基板ホルダ１３の外周面に囲繞されて、プラズマを発生させて基板上の薄膜に対してプラズマ処理を行うための反応プロセスゾーン６０が形成されている。本例では、真空容器１１の仕切壁１２が固定されている位置から、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚを中心にして約９０度回転させた位置に仕切壁１６が固定されている。このため、成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン６０が、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚに対して約９０度ずれた位置に形成される。したがって、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の外周面に保持された基板が、成膜プロセスゾーン２０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。
真空容器１１の成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン６０との間の位置には、排気用の配管が接続され、この配管には真空容器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、真空容器１１内の真空度が調整できるように構成されている。
【００１４】
仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面には、熱分解窒化硼素（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）からなる保護層Ｐが被覆されている。さらに、真空容器１１の内壁面の反応プロセスゾーン６０に面する部分にも熱分解窒化硼素からなる保護層Ｐが被覆されている。熱分解窒化硼素は、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用した熱分解法によって仕切壁１６や真空容器１１の内壁面へ被覆される。
成膜プロセスゾーン２０には、マスフローコントローラ２５，２６が配管を介して連結されている。マスフローコントローラ２５は、不活性ガスを貯留するスパッタガスボンベ２７に接続されている。マスフローコントローラ２６は、反応性ガスを貯留する反応性ガスボンベ２８に接続されている。不活性ガスと反応性ガスは、マスフローコントローラ２５，２６で制御されて成膜プロセスゾーン２０に導入される。不活性ガスとしては、例えばアルゴンガス等である。反応性ガスとしては、例えば酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等を用いることができる。
【００１５】
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、真空容器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容器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、中周波交流電源２３に接続され、交番電界が印加可能に構成されている。本例の中周波交流電源２３は、１ｋ〜１００ｋＨｚの交番電界を印加するものである。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂには、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。
【００１６】
なお、スパッタを行う成膜プロセスゾーンを一箇所だけではなく、複数箇所設けることもできる。すなわち、図１の破線で示すように、真空容器１１に成膜プロセスゾーン２０と同様の成膜プロセスゾーン４０を設けることもできる。例えば、真空容器１１に仕切壁１４を設けて、成膜プロセスゾーン２０に対して基板ホルダ１３を挟んで対象の位置に、成膜プロセスゾーン４０を形成することができる。成膜プロセスゾーン４０には、成膜プロセスゾーン２０と同様に、マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂが配置されている。マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂは、トランス４４を介して、中周波交流電源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、ターゲット４９ａ，４９ｂが保持される。成膜プロセスゾーン４０には、マスフローコントローラ４５，４６が配管を介して連結されている。マスフローコントローラ４５は不活性ガスを貯留するスパッタガスボンベ４７に、マスフローコントローラ４６は反応性ガスを貯留する反応性ガスボンベ４８に接続されている。真空容器１１の成膜プロセスゾーン４０と反応プロセスゾーン６０との間の位置には、排気用の配管が接続され、この配管には真空容器１１内を排気するための真空ポンプ１５’が接続される。真空ポンプ１５’を真空ポンプ１５と共通に使用してもよい。
【００１７】
反応プロセスゾーン６０に対応する真空容器１１の内壁面には、開口が形成され、この開口には、プラズマ発生手段としてのプラズマ発生装置６１が連結されている。また、反応プロセスゾーン６０には、本発明のガス導入手段として、マスフローコントローラ７５を介して不活性ガスボンベ７７内の不活性ガスを導入するための配管や、マスフローコントローラ７６を介して反応性ガスボンベ７８内の反応性ガスを導入するための配管が接続されている。
【００１８】
図３は、プラズマ発生装置６１を説明する説明図であり、プラズマ発生装置６１を正面から見た説明図である。図３には、マッチングボックス６７と、高周波電源６９も示している。
プラズマ発生装置６１は、誘電体で板状に形成された誘電体壁６３と、同一平面上で渦を成すアンテナ６５ａ，６５ｂと、アンテナ６５ａ，６５ｂを高周波電源６９と接続するための導線６６と、アンテナ６５ａ，６５ｂを誘電体壁６３に対して固定するための固定具６８を有して構成されている。アンテナ６５ａは、本発明の第１のアンテナに相当し、アンテナ６５ｂは、本発明の第２のアンテナに相当し、固定具６８は本発明のアンテナ固定手段に相当する。
【００１９】
本例の誘電体壁６３は、石英で形成されている。なお、誘電体壁６３は石英ではなくＡｌ２Ｏ３等の他のセラミックス材料で形成されたものでもよい。誘電体壁６３は、真空容器１１に形成されたフランジ１１ａと、矩形枠状をした蓋体１１ｂとによって挟まれるようにして、反応プロセスゾーン６０に対応して真空容器１１の内壁に形成された開口を塞ぐ位置に設けられる。アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとは、真空容器１１の外側で誘電体壁６３に対応する位置に、渦を成す面が真空容器１１の内側を向くように上下に隣り合った状態で、固定具６８によって固定される（図２，図３参照）。したがって、モータ１７が基板ホルダ１３を中心軸線Ｚ周りに回転させることにより、基板ホルダ１３の外周に保持された基板は、基板の膜形成面がアンテナ６５ａ，６５ｂの渦を成す面と対向するように搬送される。すなわち、本例では、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとが上下に隣り合った状態で固定されているため、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとは、基板が搬送される向きと交差する方向（本例では上下方向）に隣り合った状態で固定されることになる。
本例の固定具６８は、固定板６８ａ，６８ｂと、ボルト６８ｃ，６８ｄで構成される。固定板６８ａと誘電体壁６３とでアンテナ６５ａを挟み、固定板６８ｂと誘電体壁６３とでアンテナ６５ｂを挟み、固定板６８ａ，６８ｂを蓋体１１ｂに対してボルト６８ｃ，６８ｄを締め付けることによって、アンテナ６５ａ，６５ｂは固定される。
【００２０】
アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂは、高周波電源からアンテナ６５ａ，６５ｂに至る導線６６の先に、高周波電源６９に対して並列に接続される。アンテナ６５ａ，６５ｂは、マッチング回路を収容するマッチングボックス６７を介して高周波電源６９に接続される。マッチングボックス６７内には、図３に示すように、可変コンデンサ６７ａ，６７ｂが設けられている。本例では、アンテナ６５ａに対してアンテナ６５ｂが並列に接続されているため、従来のマッチング回路（図１０参照）でマッチング用コイル１６７ｃが果たす役目の全部又は一部を、アンテナ６５ｂが果たす。したがって、マッチングボックス内での電力損失を軽減し、高周波電源６９から供給される電力をアンテナ６５ａ，６５ｂでプラズマの発生に有効に活用することができる。また、インピーダンスマッチングもとりやすくなる。
【００２１】
導線６６の先に接続された部分で、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとの間を繋ぐ箇所には、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとの間隔Ｄを調整できるように、たるみ部６６ａ，６６ｂを設けている。たるみ部６６ａ，６６ｂは本発明の位置調整手段に相当する。本例のスパッタ装置１では、アンテナ６５ａ，６５ｂを固定具６８によって固定する際に、たるみ部６６ａ，６６ｂを伸縮させることで、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂの上下方向の間隔Ｄを調整することができる。すなわち、固定板６８ａ，６８ｂと誘電体壁６３とによって、アンテナ６５ａ，６５ｂを挟む位置を変えることで、間隔Ｄを調整することが可能となる。
【００２２】
図４は、アンテナ６５ａの断面図である。本例のアンテナ６５ａは、銅で形成された円管状の本体部６５ａ１と、本体部の表面を被覆する銀で形成された被覆層６５ａ２から構成される。アンテナ６５ａのインピーダンスを低下するためには、電気抵抗の低い材料でアンテナ６５ａを形成するのが好ましい。そこで、高周波の電流がアンテナの表面に集中するという特性を利用して、本体部６５ａ１を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い銅で円管状に形成し、本体部６５ａ１の外側の表面を銅よりも電気抵抗の低い銀で被覆した被覆層６５ａ２を備える構成とした。このように構成することで、高周波に対するアンテナ６５ａ，６５ｂのインピーダンスを低減して、アンテナ６５ａに電流を効率よく流して、プラズマを発生させる効率を高めている。アンテナ６５ｂの構成も、アンテナ６５ａと同様に銅製の本体部６５ｂ１と銀で形成された被覆層６５ｂ２を備えている。勿論、アンテナ６５ａと、アンテナ６５ｂの断面の大きさ（太さ）を変えることもできる。なお、本例では、たるみ部６６ａ，６６ｂも、銅で円管状に形成され、表面に銀を被覆している。
【００２３】
本例のプラズマ発生装置６１では、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂの上下方向の間隔Ｄや、アンテナ６５ａの径Ｒａや、アンテナ６５ｂの径Ｒｂ等を調整してアンテナ６５ａ，６５ｂを固定し、反応性ガスボンベ７８内の反応性ガスを、マスフローコントローラ７５を介して０．１Ｐａ〜１０Ｐａ程度の真空に保った反応プロセスゾーン６０へ導入する。そして、高周波電源６９からアンテナ６５ａ，６５ｂに１３．５６ＭＨｚの電圧を印加することで、反応プロセスゾーン６０に反応性ガスのプラズマを所望の分布で発生させ、基板ホルダ１３に配置される基板に対してプラズマ処理を行うことができる。
本例では、並列に接続した２つのアンテナ６５ａ，６５ｂと、たるみ部６６ａ，６６ｂを備える構成により、１つのアンテナを大きくする場合に比べて、マッチングボックス６７内のマッチング回路での電力損失を低減できるとともに、インピーダンスマッチングをとりやすくして、効率的なプラズマ処理を広範囲で行うことができる。
さらに、アンテナ６５ａ，６５ｂの本体部６５ａ１，６５ｂ１を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い銅で円管状に形成し、さらに、被覆層６５ａ２，６５ｂ２を銅よりも電気抵抗の低い材料である銀で形成することで、アンテナ６５ａ，６５ｂの高周波のインピーダンスを低下することができ、電力損失を低減した効率的なプラズマ処理を行うことができる。
【００２４】
さらに、本例では、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂの上下方向の間隔Ｄを調整することで、基板ホルダ１３に配置される基板に対するプラズマの分布を調整することができる。また、アンテナ６５ａの径Ｒａや、アンテナ６５ｂの径Ｒｂ、又はアンテナ６５ａ，６５ｂの太さ等を独立に変更することができるため、アンテナ６５ａの径Ｒａや、アンテナ６５ｂの径Ｒｂ又は太さ等を調整することでも、プラズマの分布を調整することができる。また、本例では、図３に示すように、アンテナ６５ａやアンテナ６５ｂが大小の半円から構成される全体形状を備えているが、アンテナ６５ａやアンテナ６５ｂの全体形状を、矩形などの形状に変更して、プラズマの分布を調整することも可能である。
特に、基板の搬送方向に交差する方向にアンテナ６５ａとアンテナ６５ｂを並べて、両者の間隔も調整することができるため、基板の搬送方向に交差する方向で広範囲にプラズマ処理を行う必要がある場合に、プラズマの密度分布を容易に調整することができる。例えば、本例のようなカルーセル型のスパッタ装置１を用いてプラズマ処理を行う場合には、基板ホルダ１３での基板の配置，スパッタ条件等により、基板ホルダ１３の上方に位置する薄膜と、中間に位置する薄膜の膜厚に違いが生じている場合がある。このような場合でも、本例のプラズマ発生装置６１を用いれば、膜厚の違いに対応してプラズマの密度分布を適宜調整することができるという利点がある。
【００２５】
そして、本例では、上述のように、仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面や、真空容器１１の内壁面の反応プロセスゾーン６０に面する部分に熱分解窒化硼素が被覆することで、反応プロセスゾーン６０のラジカルの密度を高く維持して、より多くのラジカルを基板上の薄膜と接触させてプラズマ処理の効率化を図っている。すなわち、仕切壁１６や真空容器１１の内壁面に化学的に安定な熱分解窒化硼素を被覆することで、プラズマ発生装置６１によって反応プロセスゾーン６０に発生したラジカル又は励起状態のラジカルが仕切壁１６や真空容器１１の内壁面と反応して消滅することを抑制している。また、仕切壁１６で反応プロセスゾーン６０に発生するラジカルが基板ホルダ１３の方向へ向くようにコントロールできる。
【００２６】
以下に、上述のスパッタ装置１を用いたプラズマ処理の方法として、基板上にスパッタで形成した不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））の薄膜に対してプラズマ処理を行い、その不完全酸化ケイ素よりも酸化が進んだ酸化ケイ素（ＳｉＯｘ２（ｘ１＜ｘ２≦２））の薄膜を形成する方法について例示する。なお、不完全酸化ケイ素とは、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。
まず、基板及びターゲット２９ａ，２９ｂをスパッタ装置１に配置する。基板は基板ホルダ１３に保持させる。ターゲット２９ａ，２９ｂは、それぞれマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに保持させる。ターゲット２９ａ，２９ｂの材料としてケイ素（Ｓｉ）を用いる。
次に、真空容器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を回転させる。その後、真空容器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、０．１Ｐａ〜１．３Ｐａに調整する。
【００２７】
次に、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と、反応性ガスである酸素ガスを、スパッタガスボンベ２７、反応性ガスボンベ２８からマスフローコントローラ２５，２６で流量を調整しながら導き、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。
次に、中周波交流電源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。
【００２８】
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酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））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、これら酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））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、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、基板の膜形成面に安定してケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））からなる薄膜が形成される。
なお、成膜プロセスゾーン２０で形成する薄膜の組成は、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や、基板ホルダ１３の回転速度を制御することで、ケイ素（Ｓｉ）にしたり、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）にしたり、或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））にしたりできる。
【００２９】
成膜プロセスゾーン２０で、基板の膜形成面にケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））からなる薄膜を形成させた後には、基板ホルダ１３の回転駆動によって基板を、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。
反応プロセスゾーン６０には、反応性ガスボンベ７８から反応性ガスとして酸素ガスを導入するとともに、不活性ガスボンベ７７から不活性ガスとしてアルゴンガスを導入する。次に、アンテナ６５ａ，６５ｂに、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加して、プラズマ発生装置６１によって反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させる。反応プロセスゾーン６０の圧力は、０．７Ｐａ〜１Ｐａに維持する。
【００３０】
次に、基板ホルダ１３が回転して、ケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））からなる薄膜が形成された基板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、ケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））からなる薄膜をプラズマ処理によって酸化反応させる工程を行う。すなわち、プラズマ発生装置６１によって反応プロセスゾーン６０に発生させた酸素ガスのプラズマでケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ１（ｘ１＜２））を酸化反応させて、所望の組成の不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ２（ｘ１＜ｘ２＜２））或いは酸化ケイ素に変換させる。
以上の工程によって、本例では、所望の組成の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））薄膜を作成することができる。さらに、以上の工程を繰り返すことで、薄膜を積層させて所望の膜厚の薄膜を作成することができる。
【００３１】
特に、本例では、反応プロセスゾーンに反応性ガスとしての酸素ガスだけではなく、不活性ガスとしてアルゴンガスを導入することで、プラズマ中における反応性ガスのラジカルの密度を向上させることができる。この効果を図５，図６で示す。
図５は、反応プロセスゾーン６０に発生したプラズマ中の酸素原子と酸素イオンの割合を示す図であり、反応プロセスゾーン６０に酸素ガスだけを導入した場合と、酸素ガスとアルゴンガスを混合して導入した場合とを比較した実験結果を示している。図５の横軸が高周波電源６９で印加する電力を、縦軸が発光強度比を示している。なお、発光強度比は、発光分光法（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）でプラズマ中に存在する励起状態の酸素ラジカルと、酸素イオンの発光強度を測定することで求めている。図５から、反応プロセスゾーン６０に酸素ガスだけを１５０ｓｃｃｍで導入した場合よりも、酸素ガスとアルゴンガスを混合して導入した場合（酸素ガスを１１０ｓｃｃｍで、アルゴンガスを４０ｓｃｃｍで導入した場合）に、励起状態の酸素ラジカルの密度が高いことがわかる。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。
【００３２】
図６は、反応プロセスゾーン６０に酸素ガスとアルゴンガスを混合して導入した場合における、プラズマ中に存在する励起状態の酸素ラジカルと、酸素イオンの発光強度を発光分光法で測定した実験結果を示す。図６の横軸が高周波電源６９で印加する電力を、縦軸が発光強度比を示している。
さらに、本例では、上述のように仕切壁１６や、真空容器１１に熱分解窒化硼素が被覆されているため、反応プロセスゾーン６０におけるプラズマ中の酸素ラジカルの密度を高く維持することができる。この効果を図７で示す。
【００３３】
図７は、反応プロセスゾーン６０に発生したプラズマ中の酸素ラジカルの流量密度を示す図であり、仕切壁１６や真空容器１１に熱分解窒化硼素（ＰＢＮ）を被覆した場合と、被覆しない場合とを比較した実験結果の一例を示している。本実験例では、仕切壁１６や真空容器１１に熱分解窒化硼素を被覆した場合として、仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０側に面する側や、真空容器１１の内壁面で仕切壁１６によって囲繞される反応プロセスゾーン６０に面する部分に熱分解窒化硼素を被覆している。
図７の横軸が反応プロセスゾーン６０に導入する酸素ガスの流量を、縦軸が反応プロセスゾーン６０に発生したプラズマ中の酸素ラジカルの流量密度を示している。なお、図７の縦軸に示す酸素ラジカルの流量密度の値は、絶対流量密度の値を示している。絶対流量密度の値は、銀薄膜の酸化度合いから求める。すなわち、基板ホルダ１３に銀薄膜を形成させた基板を保持させておいて、反応プロセスゾーン６０でのプラズマ処理前後の薄膜の重量変化から銀の酸化度合いを計測し、この酸化度合いから絶対流量密度の値を計算して求めている。図７から、仕切壁１６や真空容器１１に熱分解窒化硼素を被覆した場合に、酸素ラジカルの流量密度が高いことがわかる。
【００３４】
以上は、所望の組成の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））薄膜を作成する場合を説明したが、スパッタを行う成膜プロセスゾーンを一箇所だけではなく複数箇所設けてスパッタを行うことで、異なる組成の薄膜を繰り返し積層させた薄膜を形成することもできる。例えば、上述のように、スパッタ装置１に成膜プロセスゾーン４０を設けて、ターゲット４９ａ，４９ｂとしてニオブ（Ｎｂ）を用いる。そして、酸化ケイ素薄膜を作成した場合と同様の方法で、酸化ケイ素薄膜の上に所望の組成の酸化ニオブ（ＮｂＯy（y＜２．５））薄膜を作成する。そして、成膜プロセスゾーン２０でのスパッタ，反応プロセスゾーン６０でのプラズマ処理による酸化，成膜プロセスゾーン４０でのスパッタ，反応プロセスゾーン６０でのプラズマ処理による酸化という工程を繰り返すことで、所望の組成の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ（ｘ≦２））薄膜と酸化ニオブ（ＮｂＯy（y≦２．５））薄膜を繰り返し積層させた薄膜を形成することができる。
【００３５】
特に、本例では、プラズマ発生装置６１を備えたスパッタ装置１を用いることで、緻密で膜質のよい高機能の薄膜を作成することができる。この効果を図８，図９で示す。
図８，図９は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の多層薄膜を形成した場合の薄膜の透過率を示す図である。図８が、スパッタ装置１のプラズマ発生装置６１に代えて図１０に示す従来のプラズマ発生装置１６１を用いて酸化ニオブと酸化ケイ素の多層薄膜を形成した場合の実験結果であり、図９が本例のプラズマ発生装置６１を用いて酸化ニオブと酸化ケイ素の多層薄膜を形成した場合の実験結果である。図８，図９の横軸が測定波長、縦軸が透過率を示している。
従来型のプラズマ発生装置１６１を用いた場合では、高周波電源１６９で５．５ｋＷの電圧を印加し、ＳｉＯ２を０．３ｎｍ／ｓ、Ｎｂ２Ｏ５を０．２ｎｍ／ｓのレートで成膜した。そして、ＳｉＯ２層とＮｂ２Ｏ５層を順番に１７回繰り返して積層し、総物理膜厚９４０ｎｍの薄膜を作成した。その結果、測定波長を６５０ｎｍとしたときに減衰係数ｋが１００×１０−５である薄膜が作成された（図８）。
【００３６】
一方、本例のプラズマ発生装置６１を備えたスパッタ装置１を用いた場合では、高周波電源６９で４．０ｋＷの電圧を印加し、ＳｉＯ２を０．５ｎｍ／ｓ、Ｎｂ２Ｏ５を０．４ｎｍ／ｓのレートで成膜した。そして、ＳｉＯ２層とＮｂ２Ｏ５層を順番に３８回繰り返して積層し、総物理膜厚３２４２ｎｍの薄膜を作成した。その結果、測定波長を６５０ｎｍとしたときに減衰係数ｋが５×１０−５である薄膜が作成された（図９）。
このように、本例のプラズマ発生装置６１を備えたスパッタ装置１を用いて酸化ケイ素と酸化ニオブの多層薄膜を形成した結果をみても判るように、本例のスパッタ装置１を用いてプラズマ処理を行うことで薄膜を作成すれば、減衰係数（吸収係数）の小さい良好な薄膜を作成することができる。
なお、減衰係数ｋは、光学常数（複素屈折率）をＮ、屈折率をｎ、とした場合に、Ｎ＝ｎ＋ｉｋの関係で表される値である。
【００３７】
以上に説明した実施の形態は、例えば、次の（ａ）〜（ｊ）のように、改変することもできる。また、（ａ）〜（ｊ）を適宜組合せて改変することもできる。
（ａ）  上記の実施の形態では、プラズマ発生手段として、図１乃至図３に示すような、板状の誘電体壁６３に対してアンテナ６５ａ，６５ｂを固定した誘導結合型（平板型）のプラズマ発生手段を用いているが、本発明は、他のタイプのプラズマ発生手段を備えた薄膜形成装置にも適用される。すなわち、誘導結合型（平板型）以外のタイプのプラズマ発生手段を備えた薄膜形成装置を用いた場合でも、熱分解窒化硼素を真空容器の内壁面や、プラズマ収束壁に被覆することで、上記の実施形態と同様に、プラズマ発生手段で発生させたプラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカルが、真空容器の内壁面やプラズマ収束壁の壁面と反応して消滅することを抑制することができる。誘導結合型（平板型）以外のタイプのプラズマ発生手段としては、例えば、平行平板型（二極放電型）や、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）型や、マグネトロン型や、ヘリコン波型や、誘導結合型（円筒型）等の種々のものが考えられる。
（ｂ）  上記の実施の形態では、薄膜形成装置の一例として、スパッタ装置について説明したが、本発明は、他のタイプの薄膜形成装置にも適用できる。薄膜形成装置としては、例えば、プラズマを用いたエッチングを行うエッチング装置、プラズマを用いたＣＶＤを行うＣＶＤ装置等でもよい。また、プラスチックの表面処理をプラズマを用いて行う表面処理装置にも適用できる。
【００３８】
（ｃ）  上記の実施の形態では、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。本発明は、基板がプラズマを発生させる領域に面して搬送される他のスパッタ装置にも適用できる。
（ｄ）  上記の実施の形態では、仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面や、真空容器１１の内壁面の反応プロセスゾーン６０に面に熱分解窒化硼素からなる保護層Ｐを形成したが、他の部分にも熱分解窒化硼素からなる保護層Ｐを形成してもよい。例えば、仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面だけではなく、仕切壁１６の他の部分にも熱分解窒化硼素を被覆してもよい。これにより、ラジカルが仕切壁１６と反応して、ラジカルが減少するのを最大限回避することができる。また、例えば、真空容器１１の内壁面の反応プロセスゾーン６０に面する部分だけではなく、真空容器１１の内壁面における他の部分、例えば内壁面の全体に熱分解窒化硼素を被覆してもよい。これにより、ラジカルが真空容器１１の内壁面と反応して、ラジカルが減少するのを最大限回避することができる。仕切壁１２に熱分解窒化硼素を被覆してもよい。
【００３９】
（ｅ）  上記の実施の形態では、熱分解窒化硼素を仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面や、真空容器１１の内壁面に被覆した場合を説明したが、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や、窒化ホウ素（ＢＮ）を被覆することでも、プラズマ発生手段で発生させたプラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカルが、真空容器１１の内壁面やプラズマ収束壁の壁面と反応して消滅することを抑制することができる。
（ｆ）  上記の実施の形態では、固定板６８ａ，６８ｂと誘電体壁６３とでアンテナ６５ａ，６５ｂを挟み、ボルト６８ｃ，６８ｄで固定板６８ａ，６８ｂを蓋体１１ｂに固定することで、アンテナ６５ａ，６５ｂを固定したが、要は、間隔Ｄを調整してアンテナ６５ａ，６５ｂを固定できれば他の方法でもよい。例えば、固定板６８ａに対してアンテナ６５ａを、固定板６８ｂに対してアンテナ６５ｂを予め固定しておき、蓋体１１ｂにボルト６８ｃ，６８ｄを上下にスライドさせる長穴を設けておく。そして、固定板６８ａ，６８ｂを上下方向にスライドさせて間隔Ｄを選び、所望の間隔Ｄでボルト６８ｃ，６８ｄを締め付けることで、蓋体１１ｂに対する固定板６８ａ，６８ｂの上下方向の固定位置を決めてもよい。
【００４０】
（ｇ）  上記の実施の形態では、アンテナ６５ａの本体部６５ａ１を銅で、被覆層６５ａ２を銀で形成したが、本体部６５ａ１を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い材料で形成し、電流が集中する被覆層６５ａ２を本体部６５ａ１よりも電気抵抗の低い材料で形成すればよいため、他の材料の組合せでもよい。例えば、本体部６５ａ１をアルミニウム又はアルミニウム−銅合金で形成したり、被覆層６５ａ２を銅，金で形成したりしてもよい。アンテナ６５ｂの本体部６５ｂ１，被覆層６５ｂ２も同様に改変できる。また、アンテナ６５ａと、アンテナ６５ｂを、異なる材料で形成してもよい。
（ｈ）  上記の実施の形態では、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で、本発明を酸化処理以外のプラズマ処理にも適用することができる。
【００４１】
（ｉ）  上記の実施の形態では、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もよい。
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におけるプラズマ処理により、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などの超硬膜を作成できる。ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５のような絶縁性の金属化合物は、金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ）に比べスパッタ速度が極端に遅く生産性が悪いので、特に本発明の薄膜形成装置を用いてプラズマ処理すると有効である。
【００４２】
（ｊ）  上記の実施の形態では、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。
【００４３】
以上に説明した実施の形態から把握できる、請求の範囲に記載した以外の発明として、例えば、次に示す薄膜形成方法が考えられる。
すなわち、真空容器内のプラズマが発生する領域に面して前記真空容器の内壁面から立設するプラズマ収束壁に熱分解窒化硼素を被覆した薄膜形成装置を用いて薄膜に対してプラズマ処理を行う薄膜形成方法であって、前記プラズマを発生させる領域に反応性ガスと不活性ガスを混合して導入する工程と、前記反応性ガスのプラズマを発生させる工程と、を備えることを特徴とする薄膜形成方法が考えられる。
この薄膜形成方法では、プラズマが発生する領域に面して前記真空容器の内壁面から立設するプラズマ収束壁に熱分解窒化硼素を被覆した真空容器を用いることで、発生させたプラズマ中のラジカル又は励起状態のラジカルが、プラズマ収束壁の壁面と反応して消滅することを抑制して、高効率のプラズマ処理を行うことが可能となる。また、プラズマが発生する領域に反応性ガスと不活性ガスを混合して導入することで、プラズマ中における反応性ガスのラジカルの密度を向上させることができ、高効率のプラズマ処理を行うことができる。また、プラズマ収束壁を備えた真空容器を用いることで、プラズマの分布をコントロールすることが可能となる。
【産業上の利用性】
【００４４】
以上のように本発明の薄膜形成装置においては、効率よく広範囲でプラズマ処理を行うことができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に前記反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備える薄膜形成装置であって、
前記プラズマ発生手段が、前記真空容器の外壁に設けた誘電体壁と、渦状の第１のアンテナ及び第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを高周波電源と接続するための導線と、を有して構成され、
前記真空容器の外側で前記誘電体壁に対応する位置に前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを固定するアンテナ固定手段を備え、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナが前記高周波電源に対して並列に接続され、
前記導線に接続される部分で前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとを繋ぐ箇所に前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間隔を調整するための位置調整手段を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記薄膜形成装置は、前記プラズマ発生手段と前記高周波電源との間に介在してインピーダンスマッチングを行うマッチングボックスを更に備え、
前記マッチングボックスは、インピーダンスマッチング用コイルを具備しない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】
前記真空容器に基板を搬送するための基板搬送手段を備え、
該基板搬送手段が、基板を前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの渦を成す面と対向するように搬送し、
前記基板搬送手段によって基板が搬送される向きと交差する方向に隣り合った状態で前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが、第１の材料で形成した円管状の本体部と、該本体部の表面を前記第１の材料よりも電気抵抗が低い第２の材料で被覆した被覆層と、で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月14日(2006.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に前記反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備える薄膜形成装置であって、
前記プラズマ発生手段が、前記真空容器の外壁に設けた誘電体壁と、渦状の第１のアンテナ及び第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを高周波電源と接続するための導線と、を有して構成され、
前記真空容器の外側で前記誘電体壁に対応する位置に前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを固定するアンテナ固定手段を備え、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナが前記高周波電源に対して並列に接続され、
前記導線に接続される部分で前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとを繋ぐ箇所に前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間隔を調整するための間隔調整手段を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが、第１の材料で形成した円管状の本体部と、該本体部の表面を前記第１の材料よりも電気抵抗が低い第２の材料で被覆した被覆層と、で構成され、前記高周波電源からの高周波電流を流して前記反応性ガスのプラズマを発生させることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る薄膜形成装置は、内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に前記反応性ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備える薄膜形成装置であって、前記プラズマ発生手段が、前記真空容器の外壁に設けた誘電体壁と、渦状の第１のアンテナ及び第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを高周波電源と接続するための導線と、を有して構成され、前記真空容器の外側で前記誘電体壁に対応する位置に前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを固定するアンテナ固定手段を備え、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナが前記高周波電源に対して並列に接続され、前記導線に接続される部分で前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとを繋ぐ箇所に前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間隔を調整するための間隔調整手段を設けたことを特徴とする。
このように、本発明の薄膜形成装置は、第１のアンテナと第２のアンテナを備えているので、第１のアンテナと第２のアンテナの太さ、形状、大きさ或いは径等を独立に調整することで、プラズマの分布を容易に調整することができる。また、本発明の薄膜形成装置は、高周波電源から第１のアンテナ及び第２のアンテナに至る導線のうち第１のアンテナと第２のアンテナとの間を繋ぐ箇所に第１のアンテナと第２のアンテナとの間隔を調整するための間隔調整手段を備えているので、第１のアンテナと第２のアンテナとの間隔を調整して、プラズマの分布を容易に調整することができる。さらに、第１のアンテナと第２のアンテナを並列に接続することで、第１のアンテナ及び第２のアンテナにマッチング回路を接続する場合でも、マッチング回路でのインピーダンスマッチングをとりやすくするとともに、マッチング回路における電力損失を低減させて、電力をプラズマの発生のために有効に活用することが可能となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
さらに、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが、第１の材料で形成した円管状の本体部と、該本体部の表面を前記第１の材料よりも電気抵抗が低い第２の材料で被覆した被覆層と、で構成され、前記高周波電源からの高周波電流を流して前記反応性ガスのプラズマを発生させると好適である。
このように、構成することで、第１のアンテナ及び第２のアンテナの本体部を安価で加工のしやすい第１の材料で形成し、電流が集中する被覆層を電気抵抗の低い第２の材料で形成することで、アンテナの高周波のインピーダンスを低下することができ、効率的な薄膜形成を行うことが可能となる。
本発明の他の利点等は、以下の記述により明らかになるであろう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
導線６６の先に接続された部分で、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとの間を繋ぐ箇所には、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂとの間隔Ｄを調整できるように、たるみ部６６ａ，６６ｂを設けている。たるみ部６６ａ，６６ｂは本発明の間隔調整手段に相当する。本例のスパッタ装置１では、アンテナ６５ａ，６５ｂを固定具６８によって固定する際に、たるみ部６６ａ，６６ｂを伸縮させることで、アンテナ６５ａとアンテナ６５ｂの上下方向の間隔Ｄを調整することができる。すなわち、固定板６８ａ，６８ｂと誘電体壁６３とによって、アンテナ６５ａ，６５ｂを挟む位置を変えることで、間隔Ｄを調整することが可能となる。
【国際調査報告】
2004108979.tif 000013
2004108979.tif 000014
2004108979.tif 000015
2004108979.tif 000016