(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空を維持した状態で、基板ホルダに保持された基板を成膜ゾーンと、真空槽の鉛直方向を長手方向とする筒状に形成され前記真空槽内の略中央付近に配置された反応ゾーンとの間で繰り返し移動させる工程と、
金属ターゲットをスパッタすることにより、前記成膜ゾーンに導入された基板に超薄膜を形成する工程と、
反応性ガスを接触させることにより、前記反応ゾーンに導入された基板の前記超薄膜の膜組成を変換させる工程とを、有する成膜方法であって、
前記基板ホルダの自転軸を第１の中心軸とし、前記反応ゾーンの中心軸を第２の中心軸としたときに、前記基板ホルダを前記第１の中心軸の回りに自転させながら前記第２の中心軸の回りに公転させることによって、前記反応ゾーンに面する領域内で前記基板ホルダを移動させることを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜方法において、
前記成膜ゾーンを、前記真空槽の側壁に沿って複数形成し、
前記基板ホルダを、前記第２の中心軸と同心の円上に沿って、かつ略等分周した位置に形成された複数の前記第１の中心軸の回りに自転可能に配置し、
各基板ホルダのそれぞれを自転させながら公転させることを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の成膜方法において、前記基板ホルダの自転速度と公転速度をそれぞれ独立して制御する成膜方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の成膜方法において、前記基板ホルダの自転速度が公転速度より早くなるよう制御する成膜方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の成膜方法において、前記公転速度に対する前記自転速度の比（自転速度／公転速度）が２０以上である成膜方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の成膜方法において、前記基板ホルダに保持された基板が前記成膜ゾーンに面する領域内に導入されてから導出されるまでの間に、前記基板ホルダを第１の中心軸の回りに少なくとも１周回、回転させる成膜方法。
【請求項７】
基板ホルダに保持される基板を成膜ゾーンと反応ゾーンとの間で繰り返し移動させる基板保持移動手段と、
金属ターゲットをスパッタすることにより前記成膜ゾーンに導入される基板に超薄膜を形成する成膜ゾーンと、
反応性ガスを接触させることにより前記反応ゾーンに導入される基板の前記超薄膜の膜組成を変換させる反応ゾーンとを、真空槽内に少なくとも有し、前記反応ゾーンが、前記真空槽の鉛直方向を長手方向とする筒状に形成されるとともに前記真空槽内の略中央付近に配置されている成膜装置であって、
中心軸の回りに前記基板ホルダを自転させる第１の駆動手段と、
前記反応ゾーンに面する領域内で前記基板ホルダを移動させる第２の駆動手段とを有し、
前記基板ホルダの自転軸を第１の中心軸とし、前記反応ゾーンの中心軸を第２の中心軸としたときに、前記第２の中心軸と同心の円上に沿って前記第１の中心軸が形成してあり、前記第１の中心軸の回りに前記基板ホルダが自転可能に配置してあり、
前記第１の駆動手段は前記第１の中心軸の回りに前記基板ホルダを自転させ、前記第２の駆動手段は前記第２の中心軸の回りに前記基板ホルダを公転させるように構成してある成膜装置。
【請求項８】
請求項７に記載の成膜装置において、
前記成膜ゾーンを、前記真空槽の側壁に沿って複数形成し、
前記第２の中心軸と同心の円上に沿って、かつ略等分周した位置に、前記第１の中心軸が複数形成してあり、
各第１の中心軸の回りに前記基板ホルダが自転可能に配置してあり、
各基板ホルダごとに、前記第１の駆動手段が複数設置してある成膜装置。
【請求項９】
請求項８に記載の成膜装置において、
前記第２の中心軸の回りに自転する中空状の第１の筒体と、
前記第１の筒体の内部に形成された前記各第１の中心軸の回りにそれぞれ自転し、外周面に前記基板ホルダを装着する複数の第２の筒体とを備え、
前記第１の駆動手段は、前記第１の中心軸の回りに前記第２の筒体を自転させるものであり、前記第２の駆動手段は、前記第２の中心軸の回りに前記第１の筒体を自転させるとともに前記第２の円筒体を公転させるように構成してある成膜装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の成膜装置において、
前記第１の筒体の外周には、前記第２の中心軸の軸線方向を長手方向とする開口窓が前記第１の筒体の回転方向に沿って断続的に複数形成してあり、
前記第１の筒体の内壁に一端が固定され、他端が前記第２の中心軸に向けて延びる複数の仕切手段により前記第１の筒体の内部が複数の領域に区画してあり、この区画された各領域に、複数の前記第２の筒体が配置してある成膜装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかに記載の成膜装置において、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段の各作動状況を別々に制御可能な制御手段をさらに有する成膜装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の成膜装置において、前記制御手段は、前記基板ホルダの自転速度が公転速度より早くなるように制御する成膜装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の成膜装置において、前記制御手段は、前記基板ホルダに保持された基板が、前記成膜ゾーンに面する領域に導入されてから導出されるまでの間に、前記基板ホルダを第１の中心軸の回りに少なくとも１周回、回転させるように制御する成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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成膜方法と、この方法の実現に適した成膜装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ターゲットをスパッタして、基板上に金属または金属の不完全反応物からなる超薄膜を形成した後、その超薄膜に不活性ガスを混入した反応性ガスの活性種を接触させて反応させ、金属化合物に変換することを繰り返し行い、基板上に金属化合物からなる薄膜を所望厚みで形成する方法は知られている。このような方法を実現するための装置も知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、断面方形状の真空槽内部の中央付近に、基板ホルダを装着した回転ドラムを配置し、この回転ドラムを真空槽の鉛直方向に延びる中心軸の回りに自転させることにより、基板ホルダに保持された基板を、真空槽の側壁付近に複数の仕切壁で区画された成膜ゾーンと反応ゾーンとの間で繰り返し移動させ、基板上に超薄膜を形成した後、この超薄膜の膜組成を変換させて薄膜とすることを所望厚みまで繰り返す技術が開示してある。
【０００４】
こうした装置構成では、基板ホルダが成膜ゾーンと反応ゾーンとを繰り返し移動可能となるように形成されているので、基板ホルダの移動速度（回転速度）を調整することで、成膜ゾーンでのスパッタ時間と反応ゾーンでの反応時間を調整可能である。そして、基板ホルダの移動速度を制御しながら、基板ホルダを成膜ゾーンと反応ゾーンの間で移動させることにより、所定の光学特性を持つ薄膜を基板に形成することができるものである。
【０００５】
なお、特許文献１における成膜ゾーンでは、金属ターゲットをスパッタすることにより、移動してきた基板に金属または金属の不完全反応物からなる超薄膜を形成し、反応ゾーンでは、移動してきた基板の超薄膜に不活性ガスを混入した反応性ガス（例えば酸素ガス）の活性種を接触させて反応させ、前記超薄膜を金属化合物からなる薄膜に膜組成を変換させる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された装置の構成で、基板ホルダの移動速度（回転ドラムの回転速度）を制御した場合、回転ドラムの回転速度が遅いと、スパッタリング成膜レートが低下するだけでなく、スパッタリング成膜時間が長くなり、ドラム一回転あたりに基板に形成される超薄膜の膜厚が厚くなってしまって、その後の膜組成変換処理を適切に行うことが困難な場合を生じうる。このため、従来の装置構成では、回転ドラムの回転速度を速く設定する必要があった。ところが、回転ドラムの回転速度を速くすると、従来の装置構成では、反応ゾーンにおける基板の滞留時間が、成膜ゾーンにおける基板の滞留時間と同等か、あるいはそれよりも短くなることから、反応ゾーンでは、反応源としてのプラズマを高い出力で発生させていた。このようなハイパワーのプラズマを用いて超薄膜から薄膜への膜組成変換を行った場合、装置の構成部品や膜組成変換後の最終的な薄膜にダメージを与えやすく、得られる薄膜の品質が悪化し、所望の特性が得られないことがあった。
【０００７】
また、従来の装置構成では、回転ドラムを自転させるだけで成膜ゾーンと反応ゾーンとの間を繰り返し移動させるものであったため、例えば凸レンズ基板のような凸状の薄膜形成面を持つ基板に処理する場合、最終的に形成される薄膜の厚み分布が平坦化しにくいとの問題もあった。
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００４／１０８９８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、成膜レートを低下させることなく、基板上に形成される薄膜の厚み分布を改善することができる成膜方法と、この方法を実現するのに適した成膜装置とを、提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る成膜方法は、真空を維持した状態で、基板ホルダに保持された基板を成膜ゾーンと反応ゾーンとの間で繰り返し移動させる工程を有する。また、金属ターゲットをスパッタすることにより、前記成膜ゾーンに導入された基板に超薄膜を形成する工程を有する。また、反応性ガスを接触させることにより、前記反応ゾーンに導入された基板の前記超薄膜の膜組成を変換させる工程を有する。そして、中心軸の回りに前記基板ホルダを自転させながら、前記反応ゾーンに面する領域内で前記基板ホルダを移動させる。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る成膜装置は、基板保持移動手段と、成膜ゾーンと、反応ゾーンとを、真空槽内に少なくとも有する。基板保持移動手段は、基板ホルダに保持される基板を成膜ゾーンと反応ゾーンとの間で繰り返し移動させる。成膜ゾーンは、金属ターゲットをスパッタすることにより、前記成膜ゾーンに導入される基板に超薄膜を形成する。反応ゾーンは、反応性ガスを接触させることにより、前記反応ゾーンに導入される基板の前記超薄膜の膜組成を変換させる。そして、中心軸の回りに前記基板ホルダを自転させる第１の駆動手段と、前記反応ゾーンに面する領域内で前記基板ホルダを移動させる第２の駆動手段とを、さらに有する。
【００１２】
本発明でいう「回転」には、自転の他に公転も含む。従って、単に「中心軸の回りに回転する」と言う場合には、ある中心軸の回りに自転する態様の他に、ある中心軸の回りに公転する態様も含む。
【００１３】
本発明でいう「移動」には、曲線的な移動（例えば円周移動）の他に直線移動も含む。従って、「反応ゾーンに面する領域内で基板ホルダを移動」には、ある中心軸の回りに公転移動する態様の他に、ある２点を結ぶ直線軌道上を往復移動する態様も含む。
【００１４】
本発明でいう「超薄膜」とは、超薄膜が複数回堆積されて最終的な薄膜となることから、この「薄膜」との混同を防止するために用いた用語であり、最終的な「薄膜」より十分薄いという意味である。
【００１５】
好ましくは、前記反応ゾーンを、真空槽の鉛直方向を長手方向とする筒状に形成するとともに、前記真空槽内の略中央付近に配置し、前記基板ホルダの自転軸を第１の中心軸（軸線Ｚ２。以下同じ）とし、前記反応ゾーンの中心軸を第２の中心軸（軸線Ｚ１。以下同じ）としたときに、前記基板ホルダを、第１の中心軸の回りに自転させながら、第２の中心軸の回りに公転させる。
【００１６】
好ましくは、前記成膜ゾーンを、前記真空槽の側壁に沿って複数形成し、前記基板ホルダを、前記第２の中心軸と同心の円上に沿って、かつ略等分周した位置に形成された複数の前記第１の中心軸の回りに自転可能に配置し、各基板ホルダのそれぞれを自転させながら公転させる。
【００１７】
好ましくは、基板ホルダの自転速度（ＲＳ１）と移動速度をそれぞれ独立して制御する。好ましくは、基板ホルダの自転速度が移動速度より早くなるよう制御する。ここでの移動速度は、例えば基板ホルダの公転速度（ＲＳ２）である。ただし、これに限定されない。例えば図１２に示す態様も考えられる。
【００１８】
好ましくは、前記移動速度に対する前記自転速度の比（自転速度／移動速度）が２０以上である。移動速度が基板ホルダの公転速度（ＲＳ２）である場合、ＲＳ１に対するＲＳ２の比（ＲＳ２／ＲＳ１）が２０以上となるよう速度を制御することが好ましい。
【００１９】
好ましくは、基板ホルダに保持された基板が成膜ゾーンに面する領域内に導入されてから導出されるまでの間に、基板ホルダを第１の中心軸の回りに少なくとも１周回（特に２周回以上）、回転させる。
【００２０】
好ましくは、前記反応ゾーンを、真空槽の鉛直方向を長手方向とする筒状に形成するとともに、前記真空槽内の略中央付近に配置し、前記基板ホルダの自転軸を第１の中心軸とし、前記反応ゾーンの中心軸を第２の中心軸としたときに、前記第２の中心軸と同心の円上に沿って前記第１の中心軸が形成してあり、前記第１の中心軸の回りに前記基板ホルダが自転可能に配置してあり、前記第１の駆動手段は、前記第１の中心軸の回りに前記基板ホルダを自転させ、前記第２の駆動手段は、前記第２の中心軸の回りに前記基板ホルダを公転させるように構成する。
【００２１】
好ましくは、前記成膜ゾーンを、前記真空槽の側壁に沿って複数形成し、前記第２の中心軸と同心の円上に沿って、かつ略等分周した位置に、前記第１の中心軸が複数形成してあり、各第１の中心軸の回りに前記基板ホルダが自転可能に配置してあり、各基板ホルダごとに、前記第１の駆動手段が複数設置してある。
【００２２】
好ましくは、前記第２の中心軸の回りに自転する中空状の第１の筒体と、前記第１の筒体の内部に形成された前記各第１の中心軸の回りにそれぞれ自転し、外周面に前記基板ホルダを装着する複数の第２の筒体とを備え、前記第１の駆動手段は、前記第１の中心軸の回りに前記第２の筒体を自転させるものであり、前記第２の駆動手段は、前記第２の中心軸の回りに前記第１の筒体を自転させるとともに前記第２の円筒体を公転させるように構成してある。
【００２３】
好ましくは、前記第１の筒体の外周には、前記第２の中心軸の軸線方向を長手方向とする開口窓が前記第１の筒体の回転方向に沿って断続的に複数形成してあり、前記第１の筒体の内壁に一端が固定され、他端が前記第２の中心軸に向けて延びる複数の仕切手段により前記第１の筒体の内部が複数の領域に区画してあり、この区画された各領域に、複数の前記第２の筒体が配置してある。
【００２４】
好ましくは、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段の各作動状況を別々に制御可能な制御手段をさらに有する。好ましくは、前記制御手段は、前記基板ホルダの自転速度が移動速度より早くなるように制御する。ここでの移動速度は、例えば基板ホルダの公転速度である。ただし、これに限定されない。例えば図１２に示す態様も考えられる。
【００２５】
好ましくは、前記制御手段は、前記基板ホルダに保持された基板が、前記成膜ゾーンに面する領域に導入されてから導出されるまでの間に、前記基板ホルダを第１の中心軸の回りに少なくとも１周回（特に２周回以上）、回転させるように制御する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、基板ホルダを回転させながら、反応ゾーンに面する領域内で基板ホルダを移動させる。このため、第１に、基板ホルダの回転速度を速め、スパッタリング成膜レートを高めても、基板ホルダの移動速度を調整することによって、反応ゾーンにおける基板の必要十分な滞留時間を確保することができる。その結果、反応ゾーンにおいて、装置の構成部品や膜組成変換後の最終的な薄膜にダメージを与えにくい低出力のプラズマを用いることができる。第２に、基板ホルダを所定速度で自転させるだけの構成の従来の装置を用いた場合と比較して、例えば凸レンズ基板のような凸状の薄膜形成面を持つ基板に処理する場合であっても、最終的に形成される薄膜の厚み分布（特に厚みの横分布）を改善することができる。
【００２７】
なお、従来の装置構成では、真空槽の略中央に単一の回転ドラムを備え、成膜ゾーンと反応ゾーンとは、真空槽の側壁付近に区画された領域に配置されるので、たとえ複数の仕切壁で領域を区切っても、成膜ゾーンと反応ゾーンとの間に不活性ガスと反応性ガスが回り込みやすく、成膜ゾーンでの成膜条件に制限があったが、本発明によれば、こうした不都合も解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
《第１実施形態》
本実施形態では、成膜装置として、図１に示すスパッタリング装置２を例示して説明する。
【００３０】
《スパッタリング装置》
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るスパッタリング装置２は、一度の処理で複数の基板（図示省略）に対して成膜可能なバッチ方式の所謂カルーセル型のスパッタ成膜装置であって、真空槽４を有する。
【００３１】
真空槽４は、本実施形態では鉛直方向（図１の紙面方向及び図２の上下方向。以下同様）に延びる側壁４１で、平面方向（前記鉛直方向に直交する方向。図１の上下左右方向及び図２の紙面方向。以下同様）を取り囲んで構成してあるチャンバー本体４２を有する。本実施形態では、チャンバー本体４２の平面方向の断面を方形状としてあるが、その他の形状（例えば円状など）であってもよい。チャンバー本体４２の底面には、図２に示すように開口部４３が形成してある。本実施形態では、開口部４３を、チャンバー本体４２底面の平面方向の中心付近に配置してある。なお、真空槽４には、排気用の配管（図示省略）が接続される。この排気用配管には、真空槽４内を排気するための真空ポンプ（図示省略）が接続され、この真空ポンプとコントローラ（図示省略）とによって真空槽４内の真空度を調節できるようになっている。真空槽４は、例えばステンレスなどの金属で構成される。
【００３２】
側壁４１の内側には、複数の第１仕切壁４４が固定してあり、この第１仕切壁４４によって真空槽４の内部で取り囲まれる領域が複数形成される。各第１仕切壁４４は、図１の時計回り上流側の第１の領域が形成された位置から、約９０度と約１８０度移動した位置に、第２及び第３の各領域が形成されるように固定される。本実施形態では、第１仕切壁４４は、向かい合う１対の面が開口した筒状の直方体であり、一方の端部（一対）が側壁４１の内側に当接して固定される。第１仕切壁４４には、水冷用の配管（図示省略）が取り付けてあってもよい。第１仕切壁４４は、例えばステンレスなどの金属で構成される。
【００３３】
真空槽４内の略中央付近には、単一のメインドラム６が配置してある。メインドラム６は、中空状の第１の筒体として機能し、本実施形態では中空状の円筒体としてあり、真空槽４の鉛直方向に沿った軸線Ｚ１を中心軸（第２の中心軸）としてその回りに自転可能に設けられる。なお、メインドラム６は、中空であればよく、円筒体以外のその他の形状（例えば中空の多角柱体や中空の略円錐台形体など）であってもよい。メインドラム６は、真空槽４から電気的に絶縁され、電位的にフローティングされた状態となっている。
【００３４】
メインドラム６は、真空槽４内を真空に維持した状態で、真空槽４の上部に設けられた第１の駆動手段としての第１サーボモータ８（図２、図６及び図７参照）によって回転駆動される。
【００３５】
図２、図６及び図７に示すように、第１サーボモータ８は、第２の駆動手段として機能し、第１駆動制御装置１０により制御される。第１駆動制御装置１０は、第２の回転速度制御手段として機能し、第１サーボモータ８の駆動状況を制御する。第１サーボモータ８の駆動によりメインドラム６は回転する。
【００３６】
図３及び図４に示すように、本実施形態では、メインドラム６の外周には、真空槽４の鉛直方向（上下方向）が長手方向となる矩形状の開口窓６６がドラムの回転方向に沿って断続的に複数形成してある。開口窓６６は、すべてが開口されている必要はなく、後述の基板ホルダ１４に取り付けられる基板が、後述の成膜プロセスゾーン２０に暴露される態様であれば、その一部に遮断部分を含んでいてもよい。
【００３７】
本実施形態では、メインドラム６の側壁６２の内側には、側壁６２から軸線Ｚ１の方向に向けて延びる複数の第２仕切壁６４が固定してあり、この第２仕切壁６４によってメインドラム６の内部を複数の領域に区画してある。第２仕切壁６４は、一方の端部がメインドラム６の側壁６２に当接して固定されるが、他方の端部は軸線Ｚ１までは延びておらずその手前で止まっており、メインドラム６の中心（＝軸線Ｚ１）付近に所定範囲の筒状領域が確保されるようにしてあり、本実施形態ではここに後述の反応プロセスゾーン３０が配置される。第２仕切壁６４は、後述の成膜プロセスゾーン２０と、後述の反応プロセスゾーン３０との間でガスの回り込みを防ぐシールド壁としての機能を司る。第２仕切壁６４も、第１仕切壁４４と同様に、冷却可能構造にしてあってもよく、例えばステンレスなどの金属で構成される。
【００３８】
メインドラム６の第２仕切壁６４により区画された各領域には、複数のサブドラム１２が配置してある。この点が、本実施形態での特徴点の一つである。サブドラム１２の配置個数は、本実施形態では４個であるが、この個数に限定する趣旨ではない。
【００３９】
サブドラム１２は、第２の筒体として機能し、本実施形態では円筒体としてあり、真空槽４の鉛直方向に沿った軸線Ｚ２を中心軸（第１の中心軸）としてその回りに自転可能に設けられる。サブドラム１２の自転軸である軸線Ｚ２は、上述したメインドラム６の自転軸である軸線Ｚ１と同心の円上に沿って、かつ略等分周した位置にそれぞれ形成してある。したがって、本実施形態では、メインドラム６が軸線Ｚ１を中心に自転すると、これに伴って、各サブドラム１２は、メインドラム６の自転軸である軸線Ｚ１の回りを公転する。なお、サブドラム１２は、円筒体以外のその他の形状（例えば多角柱体や略円錐台形体など）であってもよい。
【００４０】
図５に示すように、各サブドラム１２の外側（外周）には、基板保持移動手段としての基板ホルダ１４が装着してある。基板ホルダ１４は、その外周面に設けられた基板保持手段（例えば凹部。図示省略）によって、薄膜形成対象としての複数の基板（図示省略）を例えば真空槽４の鉛直方向に複数列、保持することが可能である。基板ホルダ１４の一部は、メインドラム６の外周面に形成された開口窓６６（図３及び図４参照）を通じて、メインドラム６の外側で、かつ真空槽４内に露出される。
【００４１】
図３〜図５に示すように、基板ホルダ１４はサブドラム１２と一体となって、メインドラム６の内側で、サブドラム１２の軸線Ｚ２を中心軸（第１の中心軸）としてその回りに自転可能に設けられる。基板ホルダ１４の軸線（図示省略）とサブドラム１２の軸線Ｚ２は一致するので、サブドラム１２を軸線Ｚ２を中心に自転させることにより、これに同期して基板ホルダ１４も自転する。
【００４２】
サブドラム１２及び基板ホルダ１４は、ともに、真空槽４から電気的に絶縁され、電位的にフローティングされた状態となっている。
【００４３】
サブドラム１２は、真空槽４内を真空状態に維持した状態で、真空槽４の上部に設けられた第２サーボモータ１６（図２、図６及び図７参照）によって回転駆動される。サブドラム１２の回転に同期して基板ホルダ１４も回転する。
【００４４】
図６及び図７に示すように、第２サーボモータ１６は、第２の駆動手段とは独立した第１の駆動手段として機能し、第２駆動制御装置１８により制御される。第２駆動制御装置１８は、第２の回転速度制御手段とは独立した第１の回転速度制御手段として機能し、第２サーボモータ１６の駆動状況を制御する。第２サーボモータ１６の駆動によりサブドラム１２は回転（自転）し、その回転速度は例えば１０〜１５０ｒｐｍの範囲で任意に制御される。
【００４５】
メインドラム６の外側で、かつ真空槽４の第１仕切壁４４によって囲まれる領域には、成膜プロセスゾーン２０（図１及び図２参照）が配置してある。本実施形態では、成膜プロセスゾーン２０は、超薄膜としての中間薄膜を形成する工程を実施する領域である。「超薄膜」とは上述したとおりである。「中間薄膜」とは、本実施形態では金属あるいは金属不完全酸化物からなり、成膜プロセスゾーン２０で形成される薄膜のことである。
【００４６】
図１及び図２に戻り、成膜プロセスゾーン２０には、基板ホルダ１４の外周面に対向するように、スパッタ電極２１ａ、２１ｂが配置してある。スパッタ電極２１ａ、２１ｂとしては、例えばマグネトロンスパッタ電極などが挙げられる。スパッタ電極２１ａ、２１ｂは、絶縁部材（図示省略）を介して接地電位にある真空槽４に固定される。本実施形態では、スパッタ電極２１ａ、２１ｂは、トランス２２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。
【００４７】
スパッタ電極２１ａ、２１ｂには、ターゲットとしてのターゲット２４ａ、２４ｂが保持される。ターゲット２４ａ、２４ｂは、例えば平板状であり、基板ホルダ１４の外周面と対向する面が、基板ホルダ１４の軸線Ｚ２と垂直な方向を向くように保持される。
【００４８】
成膜プロセスゾーン２０には、ガス導入手段としてのマスフローコントローラ２５が、配管を介して連結してある。マスフローコントローラ２５は、不活性ガス（例えばアルゴンガス）を貯留するスパッタガスボンベ２７、反応性ガスを貯留する反応性ガスボンベ５２に接続されている。この反応性ガスは、反応性ガスボンベ５２から、マスフローコントローラ２５で制御して、配管を通して成膜プロセスゾーン２０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、オゾンガスなどが挙げられる。
【００４９】
成膜プロセスゾーン２０におけるターゲット２４ａ、２４ｂと基板ホルダ１４との間には、ターゲット２４ａ、２４ｂと基板ホルダ１４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（図示省略）が配置してあってもよい。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２４ａ、２４ｂと基板ホルダ１４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２４ａ、２４ｂと基板ホルダ１４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。
【００５０】
メインドラム６の内部（中心付近）に確保された筒状の領域には、反応プロセスゾーン３０が、メインドラム６の軸線Ｚ１に沿って配置してある。すなわち、真空槽４内の略中央付近に、当該真空槽４の鉛直方向に沿って延びる態様で、反応プロセスゾーン３０が配置してあり、本実施形態では、この反応プロセスゾーン３０の配置も特徴的である。
【００５１】
本実施形態では、反応プロセスゾーン３０は、不活性ガスを混入した反応性ガスの活性種を、成膜プロセスゾーン２０で基板に形成された中間薄膜に接触させ、この中間薄膜の膜組成を変換させる工程を実施する領域である。
【００５２】
反応プロセスゾーン３０の真空槽４の底面に形成された開口部４３には、本実施形態では、活性種発生手段としての活性種発生装置３１（図２参照）が連結されている。
【００５３】
活性種発生装置３１は、活性種発生手段として機能し、活性種を発生させ、ラジカル源とも呼ばれる。活性種発生装置３１は、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３３と、反応性ガスプラズマ発生室３３に巻回されたコイル状の電極３５と、マッチングボックス（ＭＢ）３７と、マッチングボックス３７を介してコイル状の電極３５に接続された高周波電源３９と、マスフローコントローラ５０と、マスフローコントローラ５０を介して接続された反応性ガスボンベ５２と、を備える。
【００５４】
活性種発生装置３１の反応性ガスプラズマ発生室３３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。
【００５５】
反応性ガスプラズマ発生室３３で発生したプラズマ中の反応性ガスの活性種は、反応プロセスゾーン３０内において、反応プロセスに参加することが可能となる。反応性ガスの活性種とは、イオン、ラジカル等のことである。また、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。
【００５６】
反応性ガスボンベ５２からマスフローコントローラ５０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３３に供給され、マッチングボックス３７を介して高周波電源（ＲＦ．Ｇ）３９からの高周波電力が、コイル状の電極３５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３３内に発生するように構成されている。
【００５７】
本実施形態では、外部磁石５１が、反応性ガスプラズマ発生室３３の外側に配置されている。また内部磁石５３が、反応プロセスゾーン３０内に配置されている。この外部磁石５１及び内部磁石５３は、プラズマ発生部に例えば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５１及び内部磁石５３の双方を配設しているが、いずれか一方を配設するようにしてもよい。
【００５８】
《スパッタリング方法》
次に、上述した構成のスパッタリング装置２を用いた成膜方法の一例としてのスパッタリング方法を説明する。本実施形態では、酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）からなる誘導体薄膜（最終薄膜）を基板上に形成する場合を例示する。
【００５９】
（１）まず、複数の基板を基板ホルダ１４に保持させ、ターゲット２４ａ，２４ｂを各スパッタ電極２１ａ，２１ｂに保持させた後、真空槽４内の圧力を、例えば１Ｐａ以下に減圧する。
【００６０】
基板としては、薄膜を形成させる基板面（以下、第１面）と第１面とは反対の基板面（以下、第２面）とが平行である平板状基板や、第１面が凸状となる凸状基板（例えば凸レンズ基板など）や、第１面が凹状となる凹状基板などが挙げられる。特に本実施形態では、凸状基板や凹状基板に薄膜形成処理を施す場合に有効である。
【００６１】
ターゲット２４ａ，２４ｂを構成する材料としては、本実施形態ではケイ素（Ｓｉ）を用いる。ただし、本発明ではこれに限定されないことは勿論である。
【００６２】
（２）次に、第１サーボモータ８を作動させることによりメインドラム６の回転を開始し、メインドラム６を軸線Ｚ１の回りを自転させる。メインドラム６の回転速度（ＲＳ１）は、例えば５０ｒｐｍ以下（但し、０ｒｐｍは除く）、好ましくは１０ｒｐｍ以下（但し、０ｒｐｍは除く）、より好ましくは６ｒｐｍ以下（但し、０ｒｐｍは除く）の範囲で選択され、第１駆動制御装置１０の設定を行う。なお、ＲＳ１の値が０（ゼロ）であると、従来の装置構成との差がなくなるので、ＲＳ１の下限は、好ましくは１ｒｐｍである。このように本実施形態ではメインドラム６をかなり遅い速度で回転させることができる。メインドラム６の内部には複数のサブドラム１２が配置してあるので、このメインドラム６の自転に伴い、各サブドラム１２は軸線Ｚ１の回りを回転する。すなわち各サブドラム１２は軸線Ｚ１の回りを公転する。ここで、ＲＳ１は、各サブドラム１２の公転速度に等しい。
【００６３】
メインドラム６の回転開始と同時に、あるいはその前後に、第２サーボモータ１６を作動させることによりサブドラム１２の回転を開始し、サブドラム１２を軸線Ｚ２の回りを自転させる。これにより、基板ホルダ１４も軸線Ｚ２の回りを自転する。
【００６４】
サブドラム１２の回転速度（ＲＳ２）は、例えば１０ｒｐｍ以上、好ましくは３０ｒｐｍ以上、より好ましくは５０ｒｐｍ以上で選択され、第２駆動制御装置１８の設定を行う。ＲＳ２の値を小さくしすぎると、スパッタリング成膜時間が長くなり、サブドラム１２の一回転あたりに基板に形成される超薄膜の膜厚が厚くなり、反応プロセスゾーン３０での膜組成変換処理（例えば酸化処理）を完全に行うことができない傾向がある。これに対し、ＲＳ２の値があまりに大きくしても、得られる効果にさほど影響を与えないので、ＲＳ２の上限は、好ましくは２００ｒｐｍ、より好ましくは１００ｒｐｍである。このように本実施形態では、サブドラム１２をメインドラム６に対してかなり速い速度で回転させる。
【００６５】
本実施形態では、ＲＳ１に対するＲＳ２の比（ＲＳ２／ＲＳ１）が、例えば２０以上、好ましくは４０以上、より好ましくは５０以上となるよう、第１駆動制御装置１６及び第２駆動制御装置１８の設定を行うことが望ましい。（ＲＳ２／ＲＳ１）の値が大きくなるほど、基板回転方向に対する基板内膜厚の横分布が均一になっていく傾向がある。
【００６６】
サブドラム１２の回転方向は、メインドラム６の回転方向と同一であってもよいし（同方向回転）、あるいは異なっていてもよい（異方向回転）。
【００６７】
本実施形態では、第２サーボモータ１６は、第１サーボモータ８の駆動状況を制御する第１駆動制御装置１０とは独立した第２駆動制御装置１８によってその駆動状況が制御される。このため、軸線Ｚ２の回りを自転するサブドラム１２の回転速度（ＲＳ２）を、軸線Ｚ１の回りを自転するメインドラム６の回転速度（ＲＳ１）と異ならせることができる。
【００６８】
ＲＳ２が速い（回転数が多い）ほど、基板上に形成される超薄膜としての中間薄膜の厚み横分布が平坦化されやすくなるとともに、一回転あたりの成膜厚みが薄くなり、反応プロセスゾーン３０における膜組成の変換工程を行いやすくなる利点がある。また、ＲＳ２が速いほど、基板ホルダ１４に保持された基板の反応プロセスゾーン３０に導入される頻度が多くなるので、反応プロセスの時間を長く確保することが可能となり、ローパワーのプラズマでも十分に対応可能となる利点もある。
【００６９】
本実施形態では、サブドラム１２をメインドラム６よりも早く回転（自転）させることが好ましい。すなわち、ＲＳ２≧ＲＳ１とすることが好ましい。こうすることで、成膜後の薄膜厚みの横分布が改善される利点がある。「薄膜厚みの横分布」とは、基板上に形成される薄膜の、サブドラム１２の自転方向に沿った厚み分布のことである。
【００７０】
より好ましくは、軸線Ｚ１の回りをサブドラム１２が回転（公転）し、当該サブドラム１２が各成膜プロセスゾーン２０に導入されてから導出されるまでの間に、当該サブドラム１２を軸線Ｚ２の回りに、少なくとも１回、好ましくは複数回、回転（自転）するようにサブドラム１２の回転速度（ＲＳ２）を設定する。例えば凸レンズ基板などの第１面が凸状となる基板の凸状第１面に薄膜を形成する場合において、凸状第１面を正面に見据え、当該凸状第１面に向かって右方面から、ターゲット２４ａ、２４ｂからスパッタされた金属あるいは金属不完全酸化物を付着させる場合に、金属などの粒子が付着してくる方向とは逆側の付着最左端より奥側（凸状第１面に向かって左方面側）の凸状第１面には、金属などの粒子は付着せず、第１面の中央付近により多くの粒子が付着し、結果的に、薄膜厚みの横分布が平坦化しにくくなる。そこで、メインドラム６の回転速度（ＲＳ１）に対してサブドラム１２の回転速度（ＲＳ２）をこのように設定することにより、基板の凸状第１面に薄膜を形成する場合でも、その凸状第１面上に形成される中間薄膜の厚みの横分布を改善することができる。
【００７１】
各成膜プロセスゾーン２０を通過するまでの間のサブドラム１２の回転回数が多いほど、中間薄膜の厚みの横分布がより一層平坦化されるので好ましい。
【００７２】
従来の装置構成では、基板ホルダの回転速度いかんで、成膜プロセスゾーン２０でのスパッタ時間を調整していた。すなわち、基板ホルダ１４の回転速度を速くすると、スパッタ時間が短くなり、基板上に堆積する粒子数が少なくなって中間薄膜の膜厚が薄くなる。一方、基板ホルダ１４の回転速度を遅くすると、スパッタ時間が長くなり、基板上に堆積する粒子数が多くなって中間薄膜の膜厚が厚くなる。本実施形態では、成膜プロセスゾーン２０でのスパッタ時間は、基板ホルダ１４の回転速度（ＲＳ２）とともに、基板ホルダ１４の移動速度、すなわちメインドラム６の回転速度（ＲＳ１）にも依存する。そして、サブドラム１２がメインドラム６の軸線Ｚ１の回りを移動し、サブドラム１２が各成膜プロセスゾーン２０を通過するまでの間に、サブドラム１２が軸線Ｚ２の回りに１回以上、回転（自転）するようにサブドラム１２の回転速度（ＲＳ２）を設定することにより、基板に形成される中間薄膜の厚みの横分布を改善することができる。
【００７３】
（３）次に、真空槽４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、例えば０．０５〜０．２Ｐａに調整する。
【００７４】
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４２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内のスパッタ雰囲気を調整する。このとき、成膜プロセスゾーン２０に導入するアルゴンガスの流量を、例えば１００〜３００ｓｃｃｍ程度に調整する。成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量を、例えば１０ｓｃｃｍ程度以下（但し、０ｓｃｃｍを除く）に調整する。成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量が大きくなるほど、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の値が大きくなる。なお、「ｓｃｃｍ」は、０℃、１０１３２５Ｐａ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。
【００７５】
（４）次に、交流電源２３からトランス２２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２４ａ、２４ｂ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２４ａがカソード（マイナス極）となり、その時ターゲット２４ｂ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２４ｂがカソード（マイナス極）となり、ターゲット２４ａ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２４ａ、２４ｂ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。
【００７６】
スパッタを行っている最中は、基板温度を例えば室温に保持し、サブドラム１２（引いては基板ホルダ１４）を軸線Ｚ２の回りに所定の回転速度（ＲＳ２）で回転駆動させ、しかもメインドラム６を軸線Ｚ１の回り所定の回転速度（ＲＳ１）で回転駆動させて、基板を移動させながら、基板の第１面にケイ素或いはケイ素不完全酸化物からなる中間薄膜を形成させる。
【００７７】
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２４ａ、２４ｂと基板ホルダ１４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２４ａ、２４ｂと基板ホルダ１４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へスパッタ原子を堆積させることができる。
【００７８】
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。そして、一対のターゲット２４ａ、２４ｂ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、基板の第１面（膜形成面）に安定してケイ素不完全酸化物が形成される。
【００７９】
このように、成膜プロセスゾーン２０に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中間薄膜を基板の第１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。
【００８０】
なお、スパッタ電極２１ａ、２１ｂと基板ホルダ１４との間に、補正板及び遮蔽板（いずれも図示省略）を設け、遮蔽板の形状に応じた膜厚分布の中間薄膜を形成させるようにしてもよい。
【００８１】
（５）次に、中間薄膜形成工程を行った後には、メインドラム６の回転駆動によって基板ホルダ１４（サブドラム１２）に保持された基板を、成膜プロセスゾーン２０に面する領域から反応プロセスゾーン３０に面する領域に移動させる。
【００８２】
反応プロセスゾーン３０に面する領域に基板を移動させるには、本実施形態では、メインドラム６を軸線Ｚ１の回りに回転させることにより行う。
【００８３】
本実施形態では、反応プロセスゾーン３０で、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、膜組成変換工程を行う。
【００８４】
反応プロセスゾーン３０には、反応性ガスボンベ５２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３５に、１００ＫＨｚ〜５０ＭＨｚの高周波電力を印加し、活性種発生装置３１によりプラズマを発生させる。なお、反応プロセスゾーン３０の圧力は、０．０７〜１Ｐａに維持する。反応性ガスプラズマ発生室３３内のプラズマ中には、反応性ガスの活性種が存在し、この反応性ガスの活性種は、反応プロセスゾーン３０に導かれる。
【００８５】
そして、メインドラム６及びサブドラム１２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中間薄膜が形成した基板が反応プロセスゾーン３０に面する領域に導入されると、反応プロセスゾーン３０では、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酸化反応させて、酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）に変換させる。
【００８６】
なお、反応プロセスゾーン３０における膜組成変換工程では、最終薄膜の膜厚が中間薄膜の膜厚よりも厚くなるように、最終薄膜が形成される。すなわち、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中間薄膜を膨張させ、最終薄膜の膜厚を中間薄膜の膜厚よりも厚くする。この膨張率は、成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量に依存する。すなわち、成膜プロセスゾーン２０での中間薄膜形成工程で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。言い換えれば、中間薄膜形成工程で、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、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、中間薄膜はケイ素から構成される）、中間薄膜に対する最終薄膜の膜厚の増加率を決定することができる。
【００８７】
（６）以上のように、成膜プロセスと反応プロセスを繰り返すことにより、基板上に酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）からなる誘導体薄膜（最終薄膜）を所定厚みで形成することができる。
【００８８】
本実施形態に係るスパッタリング装置２を用いたスパッタリング方法によれば、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３０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、基板上に所望の光学的特性を有する薄膜が所望厚みで形成される。
【００８９】
特に本実施形態では、第１サーボモータ８によってメインドラム６が回転駆動されると、メインドラム６の内部に配置してあるサブドラム１２は、メインドラム６の中心軸（第２の中心軸）の回りに公転する。このとき、第２サーボモータ１６を作動させることでサブドラム１２は第１の中心軸の回りに自転する。基板ホルダ１４はサブドラム１２と同期して回転するので、基板ホルダ１４に保持される基板は、メインドラム６の外周に形成された開口窓６６を介した成膜プロセスゾーン２０に面する領域と、メインドラム６の中心（＝軸線Ｚ１）付近の筒状領域に配置された反応プロセスゾーン３０に面する領域との間で移動する。これにより、基板は、成膜プロセスゾーン２０に配置されるターゲット２４ａ、２４ｂに対して相対的に移動するとともに、反応プロセスゾーン３０に対しても相対的に移動する。
【００９０】
その結果、基板ホルダ１４の自転速度（ＲＳ１）を速め、スパッタリング成膜レートを高めても、基板ホルダ１４の公転速度（ＲＳ２）を調整することによって、反応プロセスゾーン３０における基板の必要十分な滞留時間を確保することができる。その結果、反応プロセスゾーン３０において、スパッタリング装置２の構成部品や膜組成変換後の最終的な薄膜にダメージを与えにくいローパワーのプラズマを用いることができる。また、例えば凸レンズ基板のような凸状の薄膜形成面を持つ基板の凸状面に薄膜を形成する場合であっても、最終的に形成される薄膜の厚みの横分布を平坦化することができる。
【００９１】
また、成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン３０の配置を工夫することで、各ゾーン２０，３０間に不活性ガスと反応性ガスが回り込むおそれもなく、成膜プロセスゾーン２０での成膜条件に特に制限はない。
【００９２】
さらに、基板ホルダ１４に保持された多数の基板に対して、一度にスパッタによる薄膜を形成することが可能となり、薄膜の大量生産が可能となる。
【００９３】
《第２実施形態》
図８に示すように、本実施形態では、図１及び図２に示す真空槽４内の略中央付近には、中空状の第１の筒体として機能する中空状の小円筒体６ａが、軸線Ｚ１を中心軸としてその回りに回転可能に配置してある。小円筒体６ａは、真空槽４から電気的に絶縁され、電位的にフローティングされた状態となっており、真空槽４内を真空に維持した状態で、真空槽４の上部に設けられた第１の駆動手段としての第１サーボモータ８ａ（図２及び図１１参照）によって軸線Ｚ１を中心軸とし、その回りを回転駆動される。
【００９４】
本実施形態では、小円筒体６ａの内部が反応プロセスゾーン３０とされる。反応プロセスゾーン３０の真空槽４の底面に形成された開口部４３には、第１実施形態と同様に、活性種発生装置３１（図２参照）が連結される。
【００９５】
図２及び図１１に示すように、第１サーボモータ８ａは、第１駆動制御装置１０ａにより制御される。第１サーボモータ８ａの駆動により小円筒体６ａは、第１実施形態のメインドラム６と同様に回転し、その回転速度が制御される。
【００９６】
図８に戻り、小円筒体６ａの外周には、真空槽４の鉛直方向（上下方向）が長手方向となる矩形状の開口窓６６ａがドラムの回転方向に沿って断続的に複数形成してある。開口窓６６ａは、すべてが開口されている必要はなく、基板ホルダ１４に取り付けられる基板が、反応プロセスゾーン３０に暴露される態様であれば、その一部に遮断部分を含んでいてもよい。
【００９７】
隣接する各開口窓６６ａ間の側壁６２ａの外側には、側壁６２ａから軸線Ｚ１を中心に放射状に延びる複数の第２仕切壁６４ａが固定してあり、この第２仕切壁６４ａによって小円筒体６ａの側壁６２ａ外部を複数の領域に区画してある。第２仕切壁６４ａは、一方の端部が小円筒体６ａの側壁６２ａに当接して固定されるが、他方の端部は軸線Ｚ１を中心として放射状に延びている。
【００９８】
図９及び図１０に示すように、小円筒体６ａの第２仕切壁６４ａにより区画された各領域には、複数のサブドラム１２が配置してあり、その他の構成は第１実施形態と同様である。このような構成によっても、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００９９】
《その他の実施形態》
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【０１００】
本実施形態では、カルーセル型のスパッタ装置を用いているが、これに限定する趣旨ではない。基板ホルダ１４は必ず自転させる必要があるが、反応プロセスゾーン３０の配置によっては必ずしも基板ホルダ１４を公転させる必要はなく、基板ホルダ１４を成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン３０との間で繰り返し移動可能であり、その移動速度を制御することが可能な構成のスパッタ装置であればよい。例えば図１２に示すように、平面方向の断面を方形状としてあるチャンバー本体４２の左右（図１２の紙面方向に向けての左右）の側壁４１側に、それぞれ成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン３０を設け、基板ホルダ１４を自転させながら、成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン３０との間を、直線的に繰り返し移動するような構成のスパッタ装置でもよい。
【０１０１】
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、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。
【０１０２】
本実施形態では、ターゲット２４ａ，２４ｂを構成する材料として、ケイ素（Ｓｉ）を用いる場合を例示したが、それ以外に、例えばニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、スズ（Ｓｎ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、テルル（Ｔｅ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニッケル・クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、インジウム・スズ（Ｉｎ−Ｓｎ）などの各種金属を用いることができる。また、単一種類の金属に限られるものではなく、複数種類の金属をターゲットとして使用してもよい。また、これらの金属の化合物、例えば、Ａｌ２  Ｏ３  、ＴｉＯ２  、ＺｒＯ２  、Ｔａ２  Ｏ５  、ＨｆＯ２  等を用いることもできる。
【０１０３】
本実施形態では、成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン３０とに、同一の反応性ガスボンベ５２から反応性ガスを導入するように構成しているが、成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン３０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。
【０１０４】
本実施形態では、成膜プロセスゾーン２０と反応プロセスゾーン３０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（Ｎ２  Ｏ）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。
【０１０５】
本実施形態では、反応性ガスプラズマ部として、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、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や、容量結合型プラズマ源や、誘導結合・容量結合混在型プラズマ源などを用いることもできる。
【実施例】
【０１０６】
次に、本発明の実施の形態をより具体化した実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【０１０７】
《実験例１〜８》
まず、マグネトロンスパッタを行う構成の図１〜図５に示すスパッタリング装置２を準備した。本例では、断面が円形（半径ｒ１＝４５０ｍｍ）の中空円筒体をメインドラム６として用い、このメインドラム６の内側に第２仕切壁６４によって区画された４つの領域に、各領域ごとに、断面が円形（半径ｒ２＝１５０ｍｍ）の円筒体をサブドラム１２として配置した。
【０１０８】
そして、基板を基板ホルダ１４に保持させ、ターゲット２４ａ，２４ｂを各スパッタ電極２１ａ，２１ｂに保持させた後、真空槽４内を０．１Ｐａに減圧した。基板としては、φ５０ｍｍ×（中央部厚み２０ｍｍ＋端部厚み３ｍｍ）の第１面（薄膜形成面）が凸状で、材質がガラスのものを用いた。こうした基板を基板ホルダ１４の外周面に、６個（鉛直方向）×６列（周方向）で配置した。ターゲット２４ａ，２４ｂとしては、縦６７０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚み６ｍｍの平板状で、材質がニオブのターゲットを用いた。
【０１０９】
次に、第１サーボモータ８を作動させ、メインドラム６を軸線Ｚ１の回りに表１に示す回転速度（ＲＳ１）で回転させた。これと同時に、第２サーボモータ１６を作動させ、サブドラム１２を軸線Ｚ２の回りに表１に示す各回転速度（ＲＳ２）で、かつ表１に示す回転方向で回転させた。
【０１１０】
次に、真空槽４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０．１５Ｐａに調整した。
【０１１１】
次に、成膜プロセスゾーン２０内に、アルゴンガスを１５０ｓｃｃｍ程度の流量で導入し、成膜プロセスゾーン２０内のスパッタ雰囲気を調整した。
【０１１２】
次に、スパッタ電極２１ａ、２１ｂに、周波数４０ＫＨｚの交流電圧を印加し、ターゲット２４ａ、２４ｂに交番電界が掛かるようにした（その他のスパッタ条件は、投入電力：８ｋＷ、基板温度：室温とした。）
次に、反応プロセスゾーン３０内に、酸素ガスを１８０ｓｃｃｍ程度の流量で導入するとともに、反応プロセスゾーン３０内の圧力を０．１５Ｐａに調整し、さらに活性種発生装置３１としての誘導結合型プラズマ発生装置（図１及び図２参照）を作動させた（投入電力：３ｋＷ）。このとき、コイル状の電極３５に１３５ＭＨｚの高周波電力を印加し、プラズマを発生させた。
【０１１３】
そして、所定時間経過後に、ターゲット２４ａ、２４ｂと基板ホルダ１４との間を遮断するプレスパッタシールドを開放して、目的とする特性値及び膜厚を得るために、中間薄膜の成膜と反応を繰り返し実施し、最終薄膜を形成した。
【０１１４】
メインドラム６と基板ホルダ１４（サブドラム１２）の各回転速度ごとに、成膜時間（単位は秒）、基板に形成された最終薄膜の光学的特性を評価した。光学的特性の評価のパラメータとしては、厚み、屈折率（λ＝５５０ｎｍ）、消衰係数（λ＝５５０ｎｍ）及び横分布を選択し、分光エリプソメータ及び片面反射率計の測定データを用いて評価した。
【０１１５】
特に最終薄膜の「横分布」は、次のようにして評価した。まず、最終薄膜の中心部分と、左右端からそれぞれ５ｍｍ位置の部分との片面反射率を測定し、分光チャートを得る。次に、得られた分光チャートからそれぞれの位置での反射率が最高となる波長を読み取る。ここでは、最高反射率波長を、λ１  （左端５ｍｍ部分）、λ２  （中心部分）、λ３  （右端５ｍｍ部分）とする。次に、各位置での最高反射率波長の平均値λＡｖ（＝（（λ１  ＋λ２  ＋λ３  ）／３））と、最大値λｍａｘ  と、最小値λｍｉｎ  とを特定し、次式により算出した（単位は％）。
【０１１６】
［数１］  （（λｍａｘ  −λｍｉｎ  ）／λＡｖ）×１００
結果を表１に示す。なお、表中での消衰係数の表示において、例えば「８Ｅ−４」は「８×１０−４」を意味し、以下同様である。
【０１１７】
《実験例９》
図１３に示す構造のスパッタリング装置を準備した。真空チャンバーの側壁付近には、複数の仕切壁で区画されたスパッタ成膜ゾーンと、酸化反応ゾーンとを形成した。真空チャンバーの中央付近に、基板ホルダを装着した断面が円形（半径＝４５０ｍｍ）の中空円筒体を回転ドラムを配置した。回転ドラムは真空チャンバーの鉛直方向に延びる中心軸の回りに回転（自転）可能に配置され、基板ホルダに保持された基板を、スパッタ成膜ゾーンと、酸化反応ゾーンとの間で繰り返し移動させることが可能である。本例では、回転ドラムを中心軸の回りに１００ｒｐｍの回転速度で回転させた。これら以外は、上述した《実験例１〜８》と同じ条件で、中間薄膜の成膜と反応を繰り返し実施して最終薄膜を形成し、同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【０１１８】
【表１】
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表１に示すように、本発明の装置を用いて成膜した場合（実験例１〜８）、実験例９の装置を用いて成膜した場合と比較して、最終薄膜の横分布に優れた結果が得られることが確認できた。
【０１１９】
以上、説明したように、基板ホルダ１４を自転させながら公転移動させることにより、基板ホルダを自転させるだけであった従来のスパッタリング装置と比較して、優位性を確認できた。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】図１は本実施形態に係るスパッタリング装置を示す平面図である。
【図２】図２は図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図３は図１及び図２で用いるメインドラムとサブドラムの配置の一例を示す斜視図である。
【図４】図４は図３のIV-IV線に沿った断面図である。
【図５】図５は図３及び図４で用いるサブドラムの構成例を示す斜視図である。
【図６】図６は図３及び図４のメインドラムとサブドラムをそれぞれ独立駆動させる一例を示す斜視図である。
【図７】図７は図６のVII-VII線に沿った断面図である。
【図８】図８は図３及び図４のメインドラムに代わる構成例を示す斜視図である。
【図９】図９は図８の小円筒体とサブドラムの配置の一例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は図９のX-X線に沿った断面図である。
【図１１】図１１は図１０及び図１０の小円筒体とサブドラムをそれぞれ独立駆動させる一例を示す斜視図である。
【図１２】図１２は本実施形態に係るスパッタリング装置の他の態様例を示す平面図である。
【図１３】図１３は従来構成のスパッタリング装置を示すイメージ平面図である。
【符号の説明】
【０１２１】
２…  スパッタリング装置（成膜装置）
４…  真空槽
４４…  第１仕切壁
６…  メインドラム（第１の筒体）
６ａ…  小円筒体（第１の筒体）
Ｚ１…  メインドラムの中心軸線（第２の中心軸）
６２，６２ａ…  側壁
６４，６４ａ…  第２仕切壁
６６，６６ａ…  開口窓
８，８ａ…  第１サーボモータ（第２の駆動手段）
１０，１０ａ…  第１駆動制御装置
１２…  サブドラム（第２の筒体）
Ｚ２…  サブドラムの中心軸線（第１の中心軸）
１４…  基板ホルダ
１６…  第２サーボモータ（第１の駆動手段）
１８…  第２駆動制御装置
２０…  成膜プロセスゾーン（成膜ゾーン）
３０…  反応プロセスゾーン（反応ゾーン）
【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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