JP4766846B2 - 薄膜形成方法 - Google Patents

Description

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方法に係り、特に反応性ガスを用いて成膜を行う薄膜形成方法に関する。

従来から真空槽内で基板ホルダを回転させ、基板ホルダに保持された基板を公転させながら、基板と対向して設けられたターゲットに対するスパッタを行うことで、基板に薄膜を形成させる技術が知られている。

例えば、特許文献１に記載の金属化合物薄膜の形成装置を用いた薄膜の形成技術がある。図１５は、特許文献１に記載の薄膜の形成技術を説明する説明図である。特許文献１の技術では、真空槽１１０内に、成膜プロセスゾーン１２０と反応プロセスゾーン１６０が設けられている。真空槽１１０の略中央には、側面に基板を保持した状態で回転する基板ホルダ１３０が設けられている。基板ホルダ１３０が回転することにより、基板は、成膜プロセスゾーン１２０に面する位置と反応プロセスゾーン１６０に面する位置に移動する。

成膜プロセスゾーン１２０には、ターゲット１２９ａ，１２９ｂが配置されたマグネトロンスパッタ電極１２１ａ，１２１ｂが設けられ、マグネトロンスパッタによって薄膜が形成される。このとき、成膜プロセスゾーン１２０には、反応性ガスと不活性ガスが導入されつつ、ターゲット１２９ａ，１２９ｂに対するマグネトロンスパッタが行われる。反応プロセスゾーン１６０では、成膜プロセスゾーン１２０で形成された薄膜が反応ガスのプラズマを利用して反応する。反応プロセスゾーン１６０にも、反応性ガスと不活性ガスが導入されている。

ところで、マグネトロンスパッタによって成膜を行う場合においては、ターゲットがスパッタにより侵食される領域、即ちエロージョン領域が狭いと、ターゲットを有効に利用できないという問題が従来からよく知られている。

図１６，図１７は、従来のマグネトロンスパッタ電極の一例を説明する説明図である。図１６は、従来のマグネトロンスパッタ電極の斜視図である。図１７は、図１６の断面説明図である。

図１６，図１７に示すように、従来のマグネトロンスパッタ電極１２１ａでは、ステンレス製のヨーク１２１ａ_１と、ヨーク１２１ａ_１の上に設けられた磁石１２１ａ_２，１２１ａ_３，１２１ａ_４とから構成されていた。磁石１２１ａ_２は、ヨークの中央に、Ｓ極を上に向けた状態で設けられていた。磁石１２１ａ_３は、磁石１２１ａ_２の両端に、Ｓ極を上に向けた状態で設けられていた。磁石１２１ａ_４は、磁石１２１ａ_２と磁石１２１ａ_３を取り囲んで、Ｎ極を上に向けた状態で設けられていた。マグネトロンスパッタ電極１２１ｂも、マグネトロンスパッタ電極１２１ａと同様の構成であった。

図１６，図１７に示したような、従来のマグネトロンスパッタ電極を用いた場合、体積比にして１０％〜２０％程度しかターゲットの利用を行うことができず、エロージョン領域を拡大することが求められていた。

エロージョン領域を拡大する技術としては、様々な技術が提案されている。例えば特許文献２に記載の技術では、ターゲットの裏に配置する磁石の配置を工夫することで、エロージョン領域を拡大させていた。この特許文献２に記載の技術を特許文献１に記載の技術に適用することで、特許文献１に記載の技術においても、エロージョン領域を拡大することができる。

特開２００１―２３４３３８号公報（第２，１０，１１頁、図１、図２） 特許第３４７３９５４号公報（第６−９頁、第１−４図，第１３−１４図）

ところで、図１５に示した特許文献１に記載の技術では、反応プロセスゾーン１６０に導入した反応性ガスの一部が、成膜プロセスゾーン１２０に拡散するという現象が起こっていた。このとき、反応プロセスゾーン１６０に導入した反応性ガスの一部は、成膜プロセスゾーン１２０の中でも、排気口に遠い側から成膜プロセスゾーン１２０に流入する。

このように成膜プロセスゾーン１２０へ外部から反応性ガスが流入すると、反応性ガスが流入してくる領域において異常放電が発生しやすくなり、安定した成膜の障害となるという問題点があった。特に、特許文献２に記載の技術を特許文献１に記載の技術に適用して薄膜の形成を行う場合には、マグネトロンスパッタ電極１２１ａ，１２１ｂを構成する磁石の配置が複雑となるため、ターゲット（マグネトロンスパッタ電極）の面積が大きくなる。また、実用上、磁場が弱くなるということも起きていた。このようにターゲット（マグネトロンスパッタ電極）の面積が大きくなったり、磁場が弱くなったりすると、反応性ガスと不活性ガスの比率が不均一（斑）であることが要因であると考えられる異常放電が発生しやすくなるという問題があった。

以上の問題点に鑑みて、本発明の目的は、異常放電の少ない薄膜形成方法を提供することにある。

前記課題は、本発明の薄膜形成方法によれば、真空槽に設けられた排気口からの排気と、前記真空槽内に設けられた区画壁で区画された反応プロセスゾーンへの少なくとも反応性ガスの導入と、前記真空槽内に設けられた区画壁で区画された成膜プロセスゾーンへの少なくとも反応性ガスを含むスパッタガスの導入とを行いながらターゲットに対するスパッタによって薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記成膜プロセスゾーンへのスパッタガスの導入は、前記排気口から近い位置に設けられた第１のスパッタガス導入管からのスパッタガスの導入と、前記排気口から遠い位置に設けられた第２のスパッタガス導入管からのスパッタガスの導入とで行うとともに、前記第１のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合を前記第２のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合よりも多くし、且つ前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから前記第２のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量が、前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから第１のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量よりも多くして行うこと、により解決される。

また、前記課題は、本発明の薄膜形成方法によれば、真空槽に設けられた排気口からの排気と、前記真空槽内に設けられた区画壁で区画された成膜プロセスゾーンへの少なくとも反応性ガスを含むスパッタガスの導入とを行いながらターゲットに対するスパッタによって中間薄膜を形成する中間薄膜形成工程と、前記真空槽内に設けられた反応プロセスゾーンへの反応性ガスの導入を行いながら、前記中間薄膜形成工程で形成した中間薄膜に対して前記反応性ガスのプラズマを用いた処理を前記反応プロセスゾーンにおいて行う最終薄膜形成工程と、を行うことで薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記成膜プロセスゾーンへのスパッタガスの導入は、前記排気口から近い位置に設けられた第１のスパッタガス導入管からのスパッタガスの導入と、前記排気口から遠い位置に設けられた第２のスパッタガス導入管からのスパッタガスの導入とで行うとともに、前記第１のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合を前記第２のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合よりも多くし、且つ前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから前記第２のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量が、前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから第１のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量よりも多くして行うこと、により解決される。

このように、第１のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合を第２のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合よりも多くし、且つ前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから前記第２のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量が、前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから第１のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量よりも多くすることで、第１のスパッタガス導入管の近傍へ導入するガス全体に占める反応性ガスの割合を、第２のスパッタガス導入管の近傍へ導入するガス全体に占める反応性ガスの割合よりも多くすることが可能となる。

このとき、請求項１又は請求項２に記載の薄膜形成方法において、請求項３に記載の薄膜形成方法のように、前記ターゲットを保持するマグネトロンスパッタ電極に８０ｋＨｚ以上１２０ｋＨｚ以下の周波数で電力を供給して前記ターゲットに対するスパッタを行うと好適である。

このようにマグネトロンスパッタ電極に８０ｋＨｚ以上１２０ｋＨｚ以下の周波数で電力を供給することで、ターゲット近傍における異常放電の発生を抑制することが可能となる。

本発明の薄膜形成方法によれば、成膜プロセスゾーンへの反応性ガスの導入量を最適化することが可能となり、異常放電の発生を抑えて安定した成膜を行うことが可能となる。

以下、本発明の一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，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、本実施形態のスパッタ装置を説明する説明図である。図１は理解の容易のために一部断面をとったスパッタ装置の上面の説明図、図２は図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。図３は、マグネトロンスパッタ電極の構造を説明する説明図である。図４は、図３の線Ｄ−Ｄ断面の端面図である。図５は、図３のＥ−Ｅ断面の端面図である。図６は、図４の部分拡大図である。図７は、図５の部分拡大図である。図８は、スパッタガス導入管の配置を示す説明図である。図９は、プラズマ発生手段を説明する要部説明図である。図１０は、図９のＦ−Ｆ断面図である。図１１は、成膜位置と膜厚の関係を示す実験結果である。

本実施形態のスパッタ装置１では、スパッタを行うことで目的の膜厚よりもかなり薄い薄膜を作成することと、その薄い薄膜をプラズマ処理により反応させることを繰り返して、目的の膜厚の薄膜を基板上に形成できる。本実施形態では、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ｎｍ〜数百ｎｍ程度の膜厚の薄膜を形成する。

図１，図２に示すように、本実施形態のスパッタ装置１は、扉収容容器９と、基板搬入容器１０と、真空槽１１と、扉５，６と、基板ホルダ１３と、モータ１７と、仕切壁１２，１４，１６と、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂと、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂと、プラズマを発生するためのプラズマ発生装置８０を主要な構成要素としている。

真空槽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、中空の多角柱形状をしている。真空槽１１は、薄膜を形成させるための空間を形成している。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は、扉収容容器９を介して基板搬入容器１０と接続されている。真空槽１１には開口１１ｈが設けられており、真空槽１１内部の空間である膜形成室１１Ａと、扉収容容器９内部の空間が開口１１ｈを介して連通している。扉収容容器９内部の空間と基板搬入容器１０内部の空間も連通している。

扉収容容器９の内部の空間である扉収容室９Ａには、扉５が収容されている。扉５は、扉収容容器９内を上下にスライドする。扉５がスライドすることで、膜形成室１１Ａと扉収容室９Ａが遮断又は連通する。扉５が開いて膜形成室１１Ａと扉収容室９Ａが連通すると、膜形成室１１Ａと基板搬入容器１０内部の空間であるロードロック室１０Ａが、扉収容室９Ａを介して連通する。基板搬入容器１０には、基板搬入容器１０の内外を仕切る扉６が設けられている。

基板ホルダ１３は、本発明の基体ホルダに相当するものであり、真空槽１１内で基体を保持すためのものである。基体は薄膜を形成する対象物である。基体としては、板状や、レンズ状に加工されたガラスなどが用いられる。本実施形態では板状の基体としてガラス製の基板（不図示）を用いている。基板ホルダ１３は、真空槽１１内の略中央に配置されている。本実施形態の基板ホルダ１３の形状は全体として多角柱状である。基体ホルダとしては、本実施形態のように多角柱状のものではなく、円筒状や、円錐状であってもよい。

本実施形態の基板ホルダ１３は、ステンレススチール製の枠体１３ａと、その枠体１３ａの外面にボルトで固定されたステンレススチール製の複数枚のホルダ板１３ｂとで構成されている。枠体１３ａは、多角柱の各辺を形成するように溶接やボルトによって組まれている。ホルダ板１３ｂには、基板を取り付けるための凹部が列をなして形成されている。ホルダ板１３ｂの凹部にボルトや、板ばねや、固定冶具などを用いて基板を固定した状態で、ホルダ板１３ｂを枠体１３ａに固定することで、基板が基板ホルダ１３に保持される。

複数枚のホルダ板１３ｂを枠体１３ａに固定することで、基板ホルダ１３の外周面には、多数の基板が、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚ（図２参照）に沿った方向に所定間隔を保ちながら整列された状態で保持される。本実施形態では、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。

基板ホルダ１３は、真空槽１１に軸支された回転駆動軸１７ａで下方から支持されるとともに、真空槽１１に軸支された回転支持軸１７ｂで上方から回転可能に支持されている。モータ１７からの回転駆動力が、回転駆動軸１７ａを介して基板ホルダ１３へ伝達され、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、中心軸線Ｚを中心に回転駆動される。このとき回転支持軸１７ｂも回転する。基板ホルダ１３は、中心軸線Ｚ（図２参照）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。モータ１７を駆動させることで基板ホルダ１３が回転し、基板ホルダ１３に保持された各基板は、中心軸線Ｚを公転軸として公転する。

回転駆動軸１７ａと基板ホルダ１３、回転支持軸１７ｂと基板ホルダ１３との接触部には、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））等の絶縁体からなる絶縁部材１８ａ，１８ｂが被覆されている。これにより、基板ホルダ１３は、真空槽１１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。このように、基板ホルダ１３がフローティングされた状態に構成されることで、基板における異常放電を抑制している。

また、基板ホルダ１３は、真空槽１１内の空間と基板搬入容器１０内の空間の間を移動できるように構成されている。本実施形態では、扉収容容器９，基板搬入容器１０，真空槽１１の底面にレール（不図示）が設置されていて、基板ホルダ１３は、このレールに導かれて移動する。成膜前に基板を基板ホルダ１３に取り付けるときや、成膜後に基板ホルダ１３から基板を取り外すときには、基板ホルダ１３は、基板搬入容器１０内の略中央の位置に移動させられ、成膜中は真空槽１１内の略中央の位置で、回転駆動軸１７ａと回転支持軸１７ｂで挟持された状態で固定される。

真空槽１１の側壁には、開口１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成され、この開口１１ａ，１１ｂ，１１ｃの端部に仕切壁１２，１４，１６が溶接又はボルトで固定されている。仕切壁１２，１４を、後述の電極設置板２２，４２に固定してもよい。仕切壁１２，１４，１６は、真空槽１１の側壁面から基板ホルダ１３へ向けて立設する部材である。本実施形態における仕切壁１２，１４，１６は、本発明の区画壁に相当するものであり、真空槽１１と同じステンレス製の部材である。

仕切壁１２，１４，１６は、真空槽１１の側壁面から基板ホルダ１３へ向けて、四方を囲んだ状態で設けられている。これにより、スパッタを行うための第１の成膜プロセスゾーン２０が、仕切壁１２と、基板ホルダ１３の外周面に囲繞されて形成されている。また、スパッタを行うための第２の成膜プロセスゾーン４０が、仕切壁１４と、基板ホルダ１３の外周面に囲繞されて形成されている。また、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、仕切壁１６と、基板ホルダ１３の外周面に囲繞されて形成されている。

このとき、反応プロセスゾーン６０は、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０とは異なる領域に形成されている。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が設けられている。そして、第１の成膜プロセスゾーン２０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、反応プロセスゾーン６０が形成されるように、仕切壁１６が設けられている。

真空槽１１の開口１１ａに対応する位置や、開口１１ｂに対応する位置、すなわち第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０には、基板ホルダ１３の外周面に対向して、後述のマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂが設けられている。真空槽１１の開口１１ｃに対応する位置には、反応プロセスゾーン６０を介して基板ホルダ１３の外周面を臨むように、後述のプラズマ発生装置８０が設けられている。

さらに、真空槽１１の側壁には、開口１１ａと開口１１ｃの間の位置に開口１１ｄが形成され、開口１１ｂと開口１１ｃの間の位置に開口１１ｅが形成されている。真空槽１には、この開口１１ｄ，開口１１ｅを介して真空ポンプ５１，５２が接続されている。開口１１ｄ，開口１１ｅは、本発明の排気口に相当するものであり、真空ポンプ５１，５２を作動させることで、開口１１ｄ，開口１１ｅを介して真空槽１１の内部を排気して、真空槽１１の内部を真空状態に保つことができる。真空ポンプ５１と開口１１ｄの間にはバルブＶ１が設けられている。

モータ１７によって基板ホルダ１３が回転させられると、基板ホルダ１３の外周面に保持された基板が公転して、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０に面した位置と、反応プロセスゾーン６０（プラズマ発生装置８０）に面した位置との間を繰り返し移動することになる。

（マグネトロンスパッタ電極）
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、本発明のスパッタ電極に相当するマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂが配置されている。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、真空槽１１の開口１１ａを塞ぐように設けられた電極設置板２２に、不図示の絶縁部材を介して固定されている。

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。本実施形態の交流電源２３は、１ｋ〜１２０ｋＨｚの交番電界を印加するものであり、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂには、１ｋ〜１２０ｋＨｚの周波数で電力が供給される。異常放電の発生を抑制するために、交流電源２３からのマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに対する電力の供給は、８０ｋＨｚ以上１２０ｋＨｚ以下の周波数で行うのが好ましい。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。

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、本発明のスパッタ電極に相当する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、真空槽１１の開口１１ｂを塞ぐように設けられた電極設置板４２に、不図示の絶縁部材を介して固定されている。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。

本実施形態の交流電源４３は、１ｋ〜１２０ｋＨｚの交番電界を印加するものであり、マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂには、１ｋ〜１２０ｋＨｚの周波数で電力が供給される。異常放電の発生を抑制するために、交流電源４３からのマグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂに対する電力の供給は８０ｋＨｚ以上１２０ｋＨｚ以下の周波数で行うのが好ましい。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。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。

図３乃至図５にマグネトロンスパッタ電極２１ａの構造を示す。マグネトロンスパッタ電極２１ａは、バッキングプレート２１０と、ベース極片２１１と、中央円柱磁石２１２と、中央垂直磁石２１７と、中央水平磁石２１８と、第１の内側水平磁石２１３と、第２の内側水平磁石２１４と、第１の外側水平磁石２１５と、第１の外側垂直磁石２１６と、第２の外側水平磁石２１９と、第２の外側垂直磁石２２０と、内側リング極片２２１と、外側リング極片２２２と、中央棒状極片２２３とを主要な構成要素とする。

各磁石２１２〜２２０の磁極の向きは、図６，図７に示した通りである。また、各磁石２１２〜２２は、エポキシ系や、アクリル系の接着剤で接着された状態で、ベース極片２１１に載置されている。

バッキングプレート２１０は銅で箱状に形成された部材である。ターゲット２９ａは、ボルトを用いてバッキングプレート２１０に固定される。
ベース極片２１１は、鉄又はニッケルのような磁気透過性材料で板状に形成されている。ベース極片２１１は、バッキングプレート２１０に収容されている。

中央垂直磁石２１７は、長尺の矩形体形状を備え、ベース極片２１１の中央に、ベース極片２１１の長手方向と中央垂直磁石２１７の長手方向が一致した状態で設けられている。
中央水平磁石２１８は、長尺の矩形体形状を備え、中央垂直磁石２１７の両脇に一対、中央垂直磁石２１７に沿って設けられている。
中央垂直磁石２１７と中央水平磁石２１８の間には、中央棒状極片２２３が設けられ、中央垂直磁石２１７と中央水平磁石２１８との間を隔てている。

第２の外側水平磁石２１９は、長尺の矩形体形状を備え、中央垂直磁石２１７に対して中央水平磁石２１８のさらに外側に一対設けられている。中央水平磁石２１８と、第２の外側水平磁石２１９との間隔は比較的広くとられている。
第２の外側垂直磁石２２０は、長尺の矩形体形状を備え、中央垂直磁石２１７に対して第２の外側水平磁石２１９のさらに外側に一対設けられている。

中央円柱磁石２１２は、円柱形状を備え、中央垂直磁石２１７の長手方向の延長線上で、中央垂直磁石２１７，中央水平磁石２１８の長手方向の両端部近傍に一対設けられている。
第１の内側水平磁石２１３は、中央垂直磁石２１７，中央水平磁石２１８と干渉しない位置で、一対の中央円柱磁石２１２それぞれの周囲に、円周状に６つずつ設けられている。

中央円柱磁石２１２と第１の内側水平磁石２１３との間には、内側リング極片２２１が設けられ、中央円柱磁石２１２と第１の内側水平磁石２１３との間を隔てている。また、内側リング極片２２１は、中央円柱磁石２１２と、中央垂直磁石２１７，中央水平磁石２１８との間にも載置され、中央円柱磁石２１２と中央垂直磁石２１７，中央水平磁石２１８との間を隔てている。

第２の内側水平磁石２１４は、中央円柱磁石２１２に対して第１の内側水平磁石２１３のさらに外側に、第１の内側水平磁石２１３それぞれに対応して６つずつ設けられている。第１の内側水平磁石２１３と第２の内側水平磁石２１４とは、エポキシ系や、アクリル系の接着剤で接着されている。

外側水平磁石２１５は、中央円柱磁石２１２に対して第２の内側水平磁石２１４のさらに外側に、一対の中央円柱磁石２１２それぞれに対して半円状に９つずつ設けられている。第２の内側水平磁石２１４と、外側水平磁石２１５との間隔は比較的広くとられている。

第１の外側垂直磁石２１６は、中央円柱磁石２１２に対して外側水平磁石２１５のさらに外側に、一対の中央円柱磁石２１２それぞれに対して半円状に９つずつ設けられている。
第２の外側水平磁石２１９と第２の外側垂直磁石２２０との間、及び外側水平磁石２１５と第１の外側垂直磁石２１６との間には、外側リング極片２２２が設けられ、第２の外側水平磁石２１９と第２の外側垂直磁石２２０との間、及び外側水平磁石２１５と第１の外側垂直磁石２１６との間を隔てている。

ベース極片２１１には磁界調整凹部２１１ａ，２１１ｂが形成されている。
磁界調整凹部２１１ａは、第１の内側水平磁石２１３の下方領域の一部、中央水平磁石２１８の下方領域の一部から、第２の内側水平磁石２１４の下方を経て、第２の内側水平磁石２１４と第１の外側水平磁石２１５との間にかけて形成されている。

磁界調整凹部２１１ｂは、外側水平磁石２１５の下方領域の一部、第２の外側水平磁石２１９の下方領域の一部から、第２の内側水平磁石２１４と第１の外側水平磁石２１５との間にかけて形成されている。

以上、図３乃至図５を用いて、マグネトロンスパッタ電極２１ａの構造を説明したが、マグネトロンスパッタ電極２１ｂ，マグネトロンスパッタ電極４１ａ，マグネトロンスパッタ電極４１ｂの構造も、マグネトロンスパッタ電極２１ａと同様である。

（成膜プロセスゾーンへのガスの導入手段）
第１の成膜プロセスゾーン２０には、不活性ガス（例えばアルゴンガス，ヘリウムガス，ネオンガス，クリプトンガス，キセノンガス）を貯留する不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂと、反応性ガス（例えば酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等）を貯留する反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂからの配管が導かれていている。

第２の成膜プロセスゾーン４０には、不活性ガス（例えばアルゴンガス，ヘリウムガス，ネオンガス，クリプトンガス，キセノンガス）を貯留する不活性ガスボンベ４６ａ，４６ｂと、反応性ガス（例えば酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等）を貯留する反応性ガスボンベ４８ａ，４８ｂからの配管が導かれていている。

不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂや、反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂは、本発明のガスボンベに相当するものである。

図１，図２に示すように、第１の成膜プロセスゾーン２０にはガス導入ノズル２ａ，ガス導入ノズル２ｂが、第２の成膜プロセスゾーン４０にはガス導入ノズル４ａ，ガス導入ノズル４ｂが設けられている。
ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂは、それぞれ本発明のスパッタガス導入管に相当するものであり、ガス導入ノズル２ａ，４ａがそれぞれ本発明の第１のスパッタガス導入管に相当し、ガス導入ノズル２ｂ，４ｂがそれぞれ本発明の第２のスパッタガス導入管に相当する。

ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂは、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂと同程度の長さを備えた長尺の円筒部材である。ガス導入ノズル２ａ，２ｂは仕切壁１２に固定され、ガス導入ノズル４ａ，４ｂは仕切壁１４に固定されている。ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂは、例えばステンレススチールで形成されている。

図８は、ターゲット２９ａ，２９ｂの正面（基板ホルダ１３に対向する面）をみたときの、ガス導入ノズル２ａ，２ｂとターゲット２９ａ，２９ｂの配置を説明するものである。ガス導入ノズル４ａ，４ｂとターゲット４９ａ，４９ｂも、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ、ターゲット２９ａ，２９ｂと同様に配置される。

ガス導入ノズル２ａ，２ｂは、ターゲット２９ａ，２９ｂをガス導入ノズル２ａとガス導入ノズル２ｂとで両側から囲むように配置されている。すなわち、基板ホルダ１３に対向して、基板ホルダ１３の回転方向にガス導入ノズル２ａ、ターゲット２９ａ、ターゲット２９ｂ、ガス導入ノズル２ｂの順に並んで配置されている。このため、本実施形態では、ガス導入ノズル２ｂは、ガス導入ノズル２ａに比べて、排気口としての開口１１ｄから遠い位置に配置されている。

ガス導入ノズル４ａ，４ｂは、ターゲット４９ａ，４９ｂをガス導入ノズル４ａとガス導入ノズル４ｂとで両側から囲むように配置されている。すなわち、基板ホルダ１３に対向して、基板ホルダ１３の回転方向にガス導入ノズル４ｂ、ターゲット４９ｂ、ターゲット４９ａ、ガス導入ノズル４ａの順に並んで配置されている。このため、本実施形態では、ガス導入ノズル４ｂは、ガス導入ノズル４ａに比べて、排気口としての開口１１ｅから遠い位置に配置されている。

ガス導入ノズル２ａには、マスフローコントローラ２５ａ，２７ａを介して、不活性ガスボンベ２６ａ，反応性ガスボンベ２８ａからの配管が接続されている。ガス導入ノズル２ｂには、マスフローコントローラ２５ｂ，２７ｂを介して、不活性ガスボンベ２６ｂ，反応性ガスボンベ２８ｂからの配管が接続されている。

ガス導入ノズル４ａには、マスフローコントローラ４５ａ，４７ａを介して、不活性ガスボンベ４６ａ，反応性ガスボンベ４８ａからの配管が接続されている。ガス導入ノズル４ｂには、マスフローコントローラ４５ｂ，４７ｂを介して、不活性ガスボンベ４６ｂ，反応性ガスボンベ４８ｂからの配管が接続されている。配管は、マスフローコントローラ２５ａ，２５ｂ，４５ａ，４７ａ，２７ａ，２７ｂ，４７ａ，４７ａの先で合流し、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂには、不活性ガスと反応性ガスの混合ガスが導かれる。

不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂから供給されたガスは、その流量がマスフローコントローラ２５ａ，２５ｂ，４５ａ，４５ｂで規制されて、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａへ通じる配管へ導かれる。反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂから供給されたガスは、その流量がマスフローコントローラ２７ａ，２７ｂ，４７ａ，４７ａで規制されて、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａへ通じる配管へ導かれる。

ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂには、複数のガス噴射口が形成されていて、不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂ、反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂから供給されたガスがガス噴射口から第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に導入される。

不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂからの不活性ガスの流量や、反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂからの反応性ガスの流量は、マスフローコントローラ２５ａ，２５ｂ，２７ａ，２７ｂ，４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂによって、ガスの種類毎に調整可能な構成となっている。本実施形態では、ガス導入ノズル２ａから導入するガスの流量をマスフローコントローラ２５ａ，２７ａで規制し、ガス導入ノズル２ｂから導入するガスの流量をマスフローコントローラ２５ｂ，２７ｂで規制し、ガス導入ノズル４ａから導入するガスの流量をマスフローコントローラ４５ａ，４７ａで規制し、ガス導入ノズル４ｂから導入するガスの流量をマスフローコントローラ４５ｂ，４７ｂで規制し、これらによって、ガスの種類毎の流量を独立に調整可能としている。

マスフローコントローラ２５ａ，２５ｂ，２７ａ，２７ｂ，４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂは、本発明のガス流量調整手段に相当するものであり、ガスの流量を電気的に計測するマスフローメータと、コントロールバルブ及び制御装置により構成され、ガスの流量調整を自動的に行う公知のものである。

本実施形態では、不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂ、反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂそれぞれに対応してマスフローメータとコントロールバルブが個々に設けられ、共通の制御装置を用いて、各コントロールバルブの開閉を独立に制御している。これにより、各ガスボンベから導入するガスの導入量を独立に制御可能としている。

なお、本実施形態では、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂそれぞれを、不活性ガスを導入するためのガス導入ノズルと、反応性ガスを導入するためのガス導入ノズルとに分割して構成し、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂと同様の位置に、不活性ガスを導入するためのガス導入ノズルと、反応性ガスを導入するためのガス導入ノズルを並列に配置してもよい。

この場合、不活性ガスを導入するためのガス導入ノズルには、マスフローコントローラ２５ａ，２５ｂ，４５ａ，４５ｂを介して、不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂを接続し、反応性ガスを導入するためのガス導入ノズルには、マスフローコントローラ２７ａ，２７ｂ，４７ａ，４７ｂを介して、反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂを接続する。

（プラズマ発生手段）
プラズマ発生手段としてのプラズマ発生装置８０は、反応プロセスゾーン６０に供給される不活性ガスと、反応性ガスをプラズマ状態にするためのものである。反応プロセスゾーン６０には、不活性ガスを貯留する不活性ガスボンベ６６と、反応性ガスを貯留する反応性ガスボンベ６８からの配管が導かれていて、反応プロセスゾーン６０に不活性ガスと反応性ガスを供給可能な構成となっている。不活性ガスボンベ６６からの不活性ガスの流量や、反応性ガスボンベ６８からの反応性ガスの流量は、マスフローコントローラ６５，６７によって調整される。

図１，図２，図９及び図１０を用いて、本実施形態のプラズマ発生装置８０を説明する。
本実施形態のプラズマ発生装置８０は、蓋体としてのケース体８１と、本発明の誘電体壁としての誘電体板８３と、固定枠８４と、アンテナ８５ａ,８５ｂと、固定具８８と、減圧手段としての配管５１ａ，真空ポンプ５１を有して構成されている。

誘電体板８３は、真空槽１１の壁面に形成された開口１１ｃを塞ぐ形状を備えている。誘電体板８３は、板状の誘電体で形成されているものであり、本実施形態では石英で形成されている。なお、誘電体板８３は、石英ではなくＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックス材料で形成されたものでもよい。

固定枠８４は、真空槽１１に誘電体板８３を固定するために用いられるもので、ロの字形状を備えた枠体である。固定枠８４と真空槽１１がボルト（不図示）で連結されることで、固定枠８４と真空槽１１の間に誘電体板８３が挟持され、これにより誘電体板８３が真空槽１１の開口１１ｃを塞いだ状態で固定されている。すなわち、誘電体板８３は、開口１１ｃを介して膜形成室１１Ａに臨んで設けられている。

ケース体８１は、板状の蓋板８１ａと、蓋板８１ａの周縁から立設するように延出する立設部８１ｂと、立設部８１ｂからさらに外側へ延出するフランジ部８１ｃを備えて形成されたステンレススチール製の部材である。ケース体８１は、ケース体８１の蓋板８１ａ，立設部８１ｂと誘電体板８３で囲まれる空間を形成する状態で、真空槽１１の外側壁にボルト（不図示）で固定されている。ケース体８１と誘電体板８３の間の空間は、アンテナ８５ａ,８５ｂを収容するためのアンテナ収容室８０Ａとなっている。

すなわち、アンテナ収容室８０Ａと膜形成室１１Ａとは、誘電体板８３で仕切られた状態で独立した空間を形成している。また、アンテナ収容室８０Ａと真空槽１１の外部は、ケース体８１で仕切られた状態で独立の空間を形成している。本実施形態では、このように独立の空間として形成されたアンテナ収容室８０Ａの中に、アンテナ８５ａ，８５ｂが設置されている。なお、アンテナ収容室８０Ａと膜形成室１１Ａ、アンテナ収容室８０Ａと真空槽１１外部との間は、Ｏリングで気密が保たれている。

アンテナ収容室８０Ａの内部を排気して真空状態にするために、ケース体８１に設けられた排気口に排気用の配管５１ａが接続されている。配管５１ａには、真空ポンプ５１が接続されている。配管５１ａには、真空ポンプ５１からアンテナ収容室８０Ａの内部に連通する位置にバルブＶ２が設けられている。また、上述のように真空ポンプ５１と開口１１ｄの間にはバルブＶ１が設けられている。

したがって、バルブＶ１，Ｖ２の開閉により、膜形成室１１Ａとアンテナ収容室８０Ａを独立に排気することが可能である。なお、ロードロック室１０Ａにも排気用の配管が導かれていて、当該配管にバルブを設け、ロードロック室１０Ａも真空ポンプ５１によって独立に排気できる構成になっている。膜形成室１１Ａ，ロードロック室１０Ａ，アンテナ収容室８０Ａの圧力は、真空計（不図示）で測定される。

本実施形態では、スパッタ装置１が制御装置（不図示）を備えている。この制御装置には、真空計の出力が入力される。制御装置は、入力された真空計の測定値に基づいて、真空ポンプ５１による排気を制御して、膜形成室１１Ａやアンテナ収容室８０Ａ等の真空度を調整する機能を備える。本実施形態では、制御装置がバルブＶ１，Ｖ２の開閉を制御することで、膜形成室１１Ａとアンテナ収容室８０Ａを同時に、又は独立して排気できる。

アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂは、高周波電源８９から電力の供給を受けて、膜形成室１１Ａ（反応プロセスゾーン６０）に誘導電界を発生させ、プラズマを発生させるためのものである。本実施形態のアンテナ８５ａ，８５ｂは、銅で形成された円管状の本体部と、本体部の表面を被覆する銀で形成された被覆層を備えている。アンテナ８５ａ，８５ｂ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８５ａ，８５ｂを形成するのが好ましい。

そこで、本実施形態では、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、アンテナ８５ａ，８５ｂの本体部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、アンテナ８５ａ，８５ｂの表面を銅よりも電気抵抗の低い銀で被覆している。このように構成することで、高周波に対するアンテナ８５ａ，８５ｂのインピーダンスを低減して、アンテナ８５ａ，８５ｂ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８５ａ，８５ｂは、それぞれ平面上で渦を成した形状を備える。アンテナ８５ａ，８５ｂは、アンテナ収容室８０Ａの中に、渦を成す面が反応プロセスゾーン６０を向いた状態で誘電体板８３に隣接して設置される。言い換えれば、アンテナ８５ａ，８５ｂは、アンテナ８５ａ，８５ｂの渦を成す面が板状の誘電体板８３の板面に対向した状態で、アンテナ８５ａ，８５ｂの渦の中心軸線と垂直な方向で上下に隣り合って設置されている。したがって、モータ１７を作動させて、基板ホルダ１３を中心軸線Ｚ周りに回転させると、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８５ａ，８５ｂの渦を成す面と対向するように、上下に並んだアンテナ８５ａ，８５ｂに対して横方向に搬送される。

アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂは、高周波電源８９に対して並列に接続されている。また、アンテナ８５ａ，８５ｂは、マッチング回路を収容するマッチングボックス８７を介して高周波電源８９に接続されている。マッチングボックス８７内には、図１０に示すように、可変コンデンサ８７ａ，８７ｂが設けられている。

渦状のアンテナ８５ａ，８５ｂは、導線部８６ａ，８６ｂを介してマッチングボックス８７に接続されている。導線部８６ａ，８６ｂは、アンテナ８５ａ，８５ｂと同様の素材からなる。ケース体８１には、導線部８６ａ，８６ｂを挿通するための挿通孔８１ｄが形成されている。アンテナ収容室８０Ａ内のアンテナ８５ａ，８５ｂと、アンテナ収容室８０Ａ外側のマッチングボックス８７，高周波電源８９とは、挿通孔８１ｄに挿通される導線部８６ａを介して接続される。導線部８６ａ，８６ｂと挿通孔８１ｄとの間にはシール部材８１ｅが設けられ、アンテナ収容室８０Ａの内外で気密が保たれる。

固定具８８は、アンテナ８５ａ，８５ｂをアンテナ収容室８０Ａに設置するためのものである。本実施形態の固定具８８は、固定板８８ａ，８８ｂと、固定ボルト８８ｃ，８８ｄで構成される。固定板８８ａ，８８ｂには、アンテナ８５ａ，８５ｂが嵌合されている。アンテナ８５ａ，８５ｂが嵌合された固定板８８ａ，８８ｂは、固定ボルト８８ｃ，８８ｄでケース体８１に取り付けられている。

ケース体８１には上下方向に複数のボルト穴が形成され、固定板８８ａ，８８ｂは、いずれかのボルト穴を用いてケース体８１に取り付けられている。すなわち、使用されるボルト穴の位置によって、アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂの上下方向の間隔ｄが調整されている。なお、アンテナ８５ａ，８５ｂと固定板８８ａ，８８ｂとを絶縁するために、少なくとも、アンテナ８５ａ，８５ｂと固定板８８ａ，８８ｂとの接触面が絶縁材で形成されている。

本実施形態では、導線部８６ａ，８６ｂの長さに余裕をもたせて、アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂとの間隔ｄを調整できるようになっている。このため、アンテナ８５ａ，８５ｂを固定具８８によって固定する際に、アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂの上下方向の間隔ｄを調整することができる。

（プラズマの発生）
次に、本実施形態のスパッタ装置１を用いて、反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させる手順を説明する。
まず、真空ポンプ５１を作動させて、膜形成室１１Ａと、アンテナ収容室８０Ａを減圧する。このとき、制御装置は配管５１ａに設けられたバルブＶ１，Ｖ２を開放し、膜形成室１１Ａと、アンテナ収容室８０Ａを同時に排気して、膜形成室１１Ａ及びアンテナ収容室８０Ａを真空状態にする。制御装置は、真空計の測定値を監視して、膜形成室１１Ａとアンテナ収容室８０Ａの圧力差が大きくならないように（例えば、１０^４Ｐａ以上の圧力差が生じないように）、バルブＶ１，Ｖ２の開閉を適宜制御する。

その後、制御装置は、膜形成室１１Ａが１０^−２Ｐａ〜１０Ｐａになったところで一旦バルブＶ１を閉じる。アンテナ収容室８０Ａは、さらに１０^−３Ｐａ以下にまで減圧される。つづいて、アンテナ収容室８０Ａ内部が１０^−３Ｐａ以下になったところでバルブＶ２を閉じる。以降は、膜形成室１１Ａとアンテナ収容室８０Ａの圧力を監視して、適宜バルブＶ１，Ｖ２の開閉を行って、膜形成室１１Ａとアンテナ収容室８０Ａが適切な圧力になるように排気を行う。

続いて、真空槽１１の内部が１０^−２Ｐａ〜１０Ｐａを保持した状態で、反応性ガスボンベ６８からの反応性ガスを膜形成室１１Ａへ導入する。以降は、真空槽１１の内部が１０^−２Ｐａ〜１０Ｐａを維持するように、適宜バルブＶ１の調整等を行う。

そして、膜形成室１１Ａとアンテナ収容室８０Ａの内部を上記所定の圧力に保持した状態で、高周波電源８９からアンテナ８５ａ,８５ｂに１３．５６ＭＨｚの電圧を印加して、膜形成室１１Ａにプラズマを発生させる。このとき、アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂの上下方向の間隔ｄや、アンテナ８５ａの径Ｒａや、アンテナ８５ｂの径Ｒｂ等に応じた分布のプラズマが発生する。このようにして反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させて、このプラズマによって、基板ホルダ１３に保持された基板上の薄膜に対してプラズマ処理を行う。

以上のように、本実施形態では、薄膜を形成または処理する空間を形成する真空槽１１の内部をプラズマが発生する圧力に保持して、真空槽１１の内部とは独立した空間を形成するアンテナ収容室８０Ａの内部を真空槽１１の内部よりも低いプラズマが発生しにくい圧力に保持して、真空槽１１内にプラズマを発生させている。このため、アンテナ収容室８０Ａにプラズマが発生することを抑制して、真空槽１１の内部に効率的にプラズマを発生させることができる。

本実施形態では、アンテナ収容室８０Ａと真空槽１１の内部とは、誘電体板８３で仕切られた状態で独立した空間とされ、アンテナ収容室８０Ａの内部にアンテナ８５ａ，８５ｂを設け、アンテナ収容室８０Ａを減圧した状態で真空槽１１の内部にプラズマを発生させる構成となっている。このため、アンテナ８５ａ，８５ｂの酸化を抑制することができる。したがって、アンテナ８５ａ，８５ｂの長寿命化を図ることができる。また、アンテナ８５ａ，８５ｂが酸化することにより、プラズマが不安定化することを抑制することができる。

また、本実施形態では、真空槽１１の内部及びアンテナ収容室８０Ａの内部の圧力を監視して、真空槽１１の内部と、アンテナ収容室８０Ａの内部で大きな圧力差が生じないように減圧を行い、真空槽１１の内部を１０^−２Ｐａ〜１０Ｐａ程度の真空に保持し、アンテナ収容室８０Ａを１０^−３Ｐａ以下に保持して、真空槽１１の内部にプラズマを発生させる構成にしている。そして、アンテナ収容室８０Ａと真空槽１１の内部が誘電体板８３で仕切られ、アンテナ収容室８０Ａと真空槽１１外部がケース体８１で仕切られている。このため、アンテナ収容室８０Ａと真空槽１１の内部の圧力差を小さく保つことができるため、誘電体板８３の厚みを薄く設計することができ、効率的にプラズマを発生させることが可能となるとともに、安価な誘電体板８３を使用して低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂ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８５ａの径Ｒａや、アンテナ８５ｂの径Ｒｂ、又はアンテナ８５ａ，８５ｂの太さ等を独立に変更することができるため、アンテナ８５ａの径Ｒａや、アンテナ８５ｂ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。なお、本実施形態では、図１０に示すように、アンテナ８５ａやアンテナ８５ｂ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８５ａやアンテナ８５ｂ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。

また、本実施形態では、横方向（基板ホルダ１３の回転方向）に搬送される基板の搬送方向と交差する上下方向にアンテナ８５ａとアンテナ８５ｂを並べて、アンテナ８５ａ，８５ｂ両者の間隔ｄ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、本実施形態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、本実施形態のプラズマ発生装置８０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。

（薄膜の形成手順）
以下に、上述のスパッタ装置１を用いて薄膜を製造する方法について、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）と酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を積層させた薄膜を製造する場合を例として説明する。薄膜の形成は、成膜の準備を行う工程、酸化ケイ素の薄膜を形成する工程、酸化ニオブの薄膜を形成する工程、薄膜を取り出す工程の順に行われる。

成膜の準備を行う工程を説明する。
まず、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂをマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂに固定する。ターゲット２９ａ，２９ｂの材料としてケイ素（Ｓｉ）を用いる。ターゲット４９ａ，４９ｂの材料としてニオブ（Ｎｂ）を用いる。扉５を閉じて、真空ポンプ５１を作動させて排気を行い、膜形成室１１Ａを１０^−２Ｐａ〜１０Ｐａ程度の真空状態にする。このとき、バルブＶ１，Ｖ２が開放され、プラズマ発生装置８０のアンテナ収容室８０Ａも同時に排気される。

そして、基板ホルダ１３をロードロック室１０Ａの位置でロックしておいて、基板ホルダ１３に基板を保持させる。続いて、扉６を閉じた状態で、真空ポンプ５１を作動させてロードロック室１０Ａを排気して、１０^−２Ｐａ〜１０Ｐａ程度の真空状態にする。その後、扉５を開いて、基板ホルダ１３を膜形成室１１Ａへ移動させる。基板ホルダ１３を膜形成室１１Ａへ移動させた後に、扉５を再び閉じる。

酸化ケイ素の薄膜を形成する工程を説明する。
真空槽１１の内部，アンテナ収容室８０Ａの内部を上述の所定の圧力に減圧した状態で、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、真空槽１１の内部，アンテナ収容室８０Ａの内部の圧力が安定した後に、成膜プロセスゾーン２０の圧力を、１．０×１０^−１Ｐａ〜１．３Ｐａに調整する。

次に、不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂから第１の成膜プロセスゾーン２０に、スパッタ用の不活性ガス（本例ではアルゴンガス）と、反応性ガス（本例では酸素ガス）を導入する。本実施形態では、ガス導入ノズル２ａから導入するガスの流量をマスフローコントローラ２５ａ，２７ａで、ガス導入ノズル２ｂから導入するガスの流量をマスフローコントローラ２５ｂ，２７ｂで調整して、第１の成膜プロセスゾーン２０でスパッタを行うための雰囲気を保持する。酸化ケイ素の薄膜を形成する工程の最中は、真空槽１１の内部，アンテナ収容室８０Ａの内部の圧力が略一定に保たれるように、真空ポンプ５１を作動させながらバルブＶ１，Ｖ２の開閉を制御している。

次に、交流電源２３からマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに周波数１〜１２０ＫＨｚ、好ましくは８０ｋＨｚ以上１２０ｋＨｚ以下の周波数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（ＳｉＯｘ_１（ｘ_１＜２））からなる薄膜が形成される。

本実施形態では、第１の成膜プロセスゾーン２０でスパッタを行う際に、異常放電の発生を抑制するために、ガス導入ノズル２ａから導入するガスの流量をマスフローコントローラ２５ａ，２７ａで、ガス導入ノズル２ｂから導入するガスの流量をマスフローコントローラ２５ｂ，２７ｂで調整している。すなわち、排気口としての開口１１ｄから比較的近い位置に配置されたガス導入ノズル２ａで導入する不活性ガス及び反応性ガスの流量比と、排気口としての開口１１ｄから比較的遠い側に配置されたガス導入ノズル２ｂで導入する不活性ガス及び反応性ガスの流量比に差を設けている。

本実施形態では、ガス導入ノズル２ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル２ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくしている。言い換えれば、ガス導入ノズル２ｂから導入するガス全体の流量に占める不活性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル２ａから導入するガス全体の流量に占める不活性ガスの流量の割合よりも多くしている。

例えば、ガス導入ノズル２ａから導入する不活性ガスの流量と反応性ガスの流量の比を１００：２〜１００：１０程度（不活性ガスの流量を１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ程度、反応性ガスの流量を２ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ程度）とする一方、ガス導入ノズル２ｂから導入する不活性ガスの流量と反応性ガスの流量の比を１００：１〜１００：５程度（不活性ガスの流量を１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ程度、反応性ガスの流量を１ｓｃｃｍ〜２５ｓｃｃｍ程度）としている。

本実施形態では、ガス導入ノズル２ａの方がガス導入ノズル２ｂよりも、排気口としての開口１１ｄに近い位置に設けられている。このため、開口１１ｄから排気を行うと、開口１１ｄに向かう気流が生じ、ガス導入ノズル２ｂの近傍に第１の成膜プロセスゾーン２０以外に存在する反応性ガスが流入しやすくなる。特に本実施形態のスパッタ装置１では、反応プロセスゾーン６０に多くの反応性ガスが導入されているため、基板ホルダ１３の回転等の影響により、反応プロセスゾーン６０に導入された反応性ガスの一部が、第１の成膜プロセスゾーン２０に流入することがある。また、第１の成膜プロセスゾーン２０に導入された反応性ガスの一部が第２の成膜プロセスゾーン４０に流入したり、第２の成膜プロセスゾーン４０に導入された反応性ガスの一部が第１の成膜プロセスゾーン２０に流入したりすることがある。

したがって、ガス導入ノズル２ａで導入する不活性ガス及び反応性ガスの流量比と、ガス導入ノズル２ｂで導入する不活性ガス及び反応性ガスの流量の比に差を設けない場合には、成膜プロセスゾーン２０以外からガス導入ノズル２ｂの近傍に流入する反応ガスの分だけ、ガス導入ノズル２ｂ近傍に供給されるガス全体に占める反応性ガスの割合が多くなってしまい、ガス導入ノズル２ａ近傍と、ガス導入ノズル２ｂ近傍とで、不活性ガスと反応性ガスの比率が不均一になる。

そこで、本実施形態では、第１の成膜プロセスゾーン２０の外部からガス導入ノズル２ｂの近傍流入する反応性ガスを考慮して、上記のようにガス導入ノズル２ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル２ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくすることで、ガス導入ノズル２ｂ近傍に供給されるガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合が、ガス導入ノズル２ａ近傍に供給されるガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合に近くなるようにしている。

このように、ガス導入ノズル２ｂ近傍に供給されるガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合と、ガス導入ノズル２ａ近傍に供給されるガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合が一致するようにすることで、反応性ガスと不活性ガスの比率の不均一（斑）に起因すると考えられる異常放電が発生を抑制している。

３０分間０．３ｎｍ／ｓの成膜速度で、ガス導入ノズル２ａで導入する不活性ガス及び反応性ガスの流量比と、ガス導入ノズル２ｂで導入する不活性ガス及び反応性ガスの流量に比に差を設けないでスパッタを行った場合、１回／ｍｉｎの頻度で以上放電が生じた。これに対して、本実施形態のスパッタ装置１を用いて上述の方法で成膜した場合には、本実施形態の方法で成膜を行った実験の結果、異常放電は確認されなかった。

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中間薄膜を基板の膜形成面に形成する。このように、基板ホルダ１３の回転にともなってマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに面する位置（すなわちターゲット２９ａ，２９ｂに面する位置）を通過する基板の膜形成面に第１中間薄膜を形成する。これにより、中間薄膜形成工程としての第１中間薄膜形成工程を行う。

なお、ケイ素不完全酸化物は、酸化ケイ素ＳｉＯ_２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。
また、本実施形態では、第１の成膜プロセスゾーン２０で形成する第１中間薄膜の組成を、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したり、基板ホルダ１３の回転速度を制御したりすることで調整する。

第１中間薄膜形成工程に引き続いて、膜形成室１１Ａの真空状態を保ったまま、基板ホルダ１３の回転にともなって、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに面する位置からプラズマ発生装置８０に面する位置に基板を搬送する。反応プロセスゾーン６０には、反応性ガスボンベ６８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６６から不活性ガスとしてアルゴンガスを導入している。また、アンテナ８５ａ，８５ｂには１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加して、プラズマ発生装置８０によって反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させている。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。また、少なくとも反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させている際中は、アンテナ収容室８０Ａの内部の圧力は、１０^−３Ｐａ以下を保持する。

基板ホルダ１３が回転して、第１中間薄膜が形成された基板がプラズマ発生装置８０に面する位置（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不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ_１（ｘ_１＜２））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８０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（ＳｉＯｘ_１（ｘ_１＜２））を酸化反応させて、所望の組成の不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ_２（ｘ_１＜ｘ_２＜２））或いは酸化ケイ素（ＳｉＯｘ_２）に変換させる。

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所望の組成の不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ_２（ｘ_１＜ｘ_２＜２））或いは酸化ケイ素に変換させることで、最終薄膜としての第１最終薄膜を形成する。これにより、最終薄膜形成工程としての第１最終薄膜形成工程を行う。

本実施形態では、以上のように第１中間薄膜形成工程と第１最終薄膜形成工程とを、基板を搭載した基板ホルダ１３を回転させながら、単一の真空槽１１内における膜形成室１１Ａの真空を維持した状態で順次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_１（ｘ_１＜２））の基板上への形成と、反応プロセスゾーン６０におけるケイ素不完全反応物（ＳｉＯｘ_２（ｘ_１＜ｘ_２＜２））或いは酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）への変換が繰り返され、所望の膜厚の不完全酸化ケイ素（ＳｉＯｘ_２（ｘ_１＜ｘ_２＜２））或いは酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の薄膜を形成することができる。

酸化ニオブの薄膜を形成する工程を説明する。
第２の成膜プロセスゾーン４０内の圧力を、１．０×１０^−１〜１．３Ｐａに調整する。不活性ガスボンベ４６ａ，４６ｂ，反応性ガスボンベ４８ａ，４８ｂから第２の成膜プロセスゾーン４０に、不活性ガスとしてのアルゴンガス，反応性ガスとしての酸素ガスを、マスフローコントローラ４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂで流量を調整しながら導き、第２の成膜プロセスゾーン４０でスパッタを行うための雰囲気を保持する。酸化ニオブの薄膜を形成する工程の最中は、真空槽１１の内部，アンテナ収容室８０Ａの内部の圧力が略一定に保たれるように、真空ポンプ５１を作動させながらバルブＶ１，Ｖ２の開閉を制御している。

次に、交流電源４３からマグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂに周波数１〜１２０ＫＨｚ、好ましくは８０ｋＨｚ以上１２０ｋＨｚ以下の周波数の交流電圧を印加し、ターゲット４９ａ，４９ｂに、交番電界を掛けて、スパッタを行う。

上述の酸化ケイ素の薄膜を形成する工程に続いて、膜形成室１１Ａの真空状態を保ったまま、基板ホルダ１３の回転駆動によって、プラズマ発生装置８０に面する位置からマグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂに面する位置（すなわちターゲット４９ａ，４９ｂに面する位置）に面する位置に基板を搬送して、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ＮｂＯｘ（ｘ＜２．５）からなる第２中間薄膜を形成する。これにより、中間薄膜形成工程としての第２中間薄膜形成工程を行う。

第２の成膜プロセスゾーン４０でスパッタを行う際にも、第１の成膜プロセスゾーン２０でスパッタを行う際と同様に、異常放電の発生を抑制するために、ガス導入ノズル４ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル４ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくしている。

例えば、ガス導入ノズル４ａから供給する不活性ガスの流量と反応性ガスの流量の比を１００：５〜１００：１５程度（不活性ガスの流量を１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ程度、反応性ガスの流量を５ｓｃｃｍ〜７５ｓｃｃｍ程度）とする一方、ガス導入ノズル４ｂから導入する不活性ガスの流量と反応性ガスの流量の比を１００：３〜１００：１０程度（不活性ガスの流量を１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ程度、反応性ガスの流量を３ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ程度）

なお、ニオブ不完全酸化物ＮｂＯｘ（ｘ＜２．５）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Ｎｂ_２Ｏ_５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。
また、本実施形態では、第２の成膜プロセスゾーン４０で形成する第２中間薄膜の組成を、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したり、基板ホルダ１３の回転速度を制御したりすることで調整する。

第２中間薄膜形成工程に引き続いて、膜形成室１１Ａの真空状態を保ったまま、基板ホルダ１３の回転にともなって、マグネトロンスパッタ電極４１ａ，４１ｂに面する位置からプラズマ発生装置８０に面する位置に基板を搬送する。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６８から反応性ガスとしての酸素ガスを導入し、アンテナ８５ａ，８５ｂに高周波電力を印加し、プラズマ発生装置８０により反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させる。

そして、基板ホルダ１３が回転して、第２中間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、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_１（ｘ_１＜２．５）を酸化反応させる工程を行う。すなわち、プラズマ発生装置８０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ニオブ或いはニオブ不完全酸化物ＮｂＯｘ_１（ｘ_１＜２．５）を酸化反応させて、所望の組成の不完全酸化ニオブ（ＮｂＯｘ_２（ｘ_１＜ｘ_２＜２．５））或いは酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）に変換させる。

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不完全酸化ニオブ（ＮｂＯｘ_２（ｘ_１＜ｘ_２＜２．５））或いは酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）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、最終薄膜形成工程としての第２最終薄膜形成工程を行う。

本実施形態では、以上のように、第２中間薄膜形成工程と、第２最終薄膜形成工程とを、基板を搭載した基板ホルダ１３を回転させながら、膜形成室１１Ａの真空を維持した状態で順次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（Ｎｂ_２Ｏ_５）への変換が繰り返され、所望の膜厚の不完全酸化ニオブ（ＮｂＯｘ_２（ｘ_１＜ｘ_２＜２．５））或いは酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）の薄膜を形成することができる。

以上のように、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、基板の上に、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）と酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）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（ＳｉＯ_２）と酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）の積層の数も増やすことができる。

薄膜を取り出す工程を説明する。
酸化ケイ素の薄膜を形成する工程及び酸化ニオブの薄膜を形成する工程を終えた後、薄膜の形成された基板を真空槽１１から取り出す工程を行う。
まず、ロードロック室１０Ａを膜形成室１１Ａとほぼ同じ真空状態（１０^−２Ｐａ〜１０Ｐａ）に保つ。その後、扉５を開ける。そして、基板ホルダ１３を膜形成室１１Ａからロードロック室１０Ａへ移動させる。続いて、扉５を再び閉じて、ロードロック室１０Ａを大気圧までリークするとともに、扉６を開放する。そして、基板ホルダ１３から基板を取り外し、薄膜を取り出す工程を終える。

続けて、薄膜を形成するためには、上記の成膜の準備を行う工程、酸化ケイ素の薄膜を形成する工程、酸化ニオブの薄膜を形成する工程、薄膜を取り出す工程を繰り返す。この場合、成膜の準備を行う工程では、すでに膜形成室１１Ａが真空状態にあるため、膜形成室１１Ａを１０^−２Ｐａ〜１０Ｐａ程度の真空状態にする工程は不要である。すなわち、本実施形態では、上記の成膜の準備を行う工程、酸化ケイ素の薄膜を形成する工程、酸化ニオブの薄膜を形成する工程、薄膜を取り出す工程を繰り返す場合に、成膜の準備を行う工程や薄膜を取り出す工程で、膜形成室１１Ａを大気状態に戻す必要がないため、常に膜形成室１１Ａを真空状態に保つことができる。このことにより、膜形成室１１Ａの環境を安定させることができる。

以上に説明したスパッタ装置１を用いて上記の方法により形成した実験結果を図１１に示す。
図１１は、成膜位置と膜厚の関係を示す。横軸が成膜位置を、縦軸が膜厚を示している。横軸の成膜位置は、ターゲット２９ａ，２９ｂの上端位置から下方への距離であり、ターゲット２９ａ，２９ｂの上端位置を基準として、基板ホルダ１３に配置された薄膜が形成された基板の高さを示している。縦軸は基準となる膜厚に対する薄膜の膜厚の割合を示している。

図１１には、本実施形態のスパッタ装置１を用いて上記の方法により薄膜を形成した本実施例の結果と、比較例の結果を示している。比較例が本実施例と異なる点は、イ）比較例において、図１６，図１７に示した従来のマグネトロンスパッタ電極を用いている点、ロ）比較例において、ガス導入ノズル２ａより供給する不活性ガス及び反応性ガスの流量比と、ガス導入ノズル２ｂより供給する不活性ガス及び反応性ガスの流量比に差を設けていない点、この２点である。

図１１に示した通り、本実施例では、成膜位置の大部分を占める成膜位置１００ｍｍ〜４００ｍｍにおいて、良好な膜厚分布を得ることができた。また、比較例ではターゲットのエロージョン領域が狭く、体積比にしてターゲットの原形に対して１０％〜２０％程度の割合でしかターゲットの利用を行うことができなかったのに対して、本実施例では体積比にしてターゲットの原形に対して４０％程度の割合でターゲットを利用することができた。

以上に説明した実施の形態は、例えば、次の（ａ）〜（ｄ）のように、改変することもできる。なお、以下の説明では、上記の実施形態と同一の部材は同一の符号を用いて説明している。

（ａ） 上記の実施形態では、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０でスパッタを行う際に、異常放電の発生を抑制するために、ガス導入ノズル２ｂ，４ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル２ａ，４ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくしていた。本実施形態では、さらに、以下の構成により、ガス導入ノズル２ａ，４ａ，２ｂ，４ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を調整することもできる。

すなわち、基板ホルダ１３の回転角度に応じて、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂからの不活性ガス及び反応性ガスの導入量や導入のタイミングを制御することで、異常放電の発生を抑制した成膜を行うことができる。

図１２は、基板ホルダ１３と仕切壁１２との位置関係を示す説明図である。上記実施形態と同様に、本実施形態においても基板ホルダ１３の形状は全体として多角柱状である。このため、図１２に示したように、基板ホルダ１３の側面と仕切壁１２の端部との距離ｃは、基板ホルダ１３の回転にともなって周期的に変化する。基板ホルダ１３の側面と仕切壁１４についても同様である。

このように基板ホルダ１３の側面と仕切壁１２，１４の端部との距離ｃが基板ホルダ１３の回転にともなって周期的に変化すると、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０の外部から第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０へ流入する反応性ガスの流量も、基板ホルダ１３の回転にともなって変化する。第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０に供給されるガス全体に占める反応性ガスの流量の割合が安定しないと、異常放電の発生の原因となると考えられる。

そこで、本実施形態では、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂからの不活性ガス及び反応性ガスの導入量や導入のタイミングを基板ホルダ１３の回転に同期させて制御することで、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０に供給される不活性ガスと反応性ガスの比率を安定させ、異常放電の発生を抑制している。

本実施形態では、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂからの不活性ガス及び反応性ガスの導入量や導入のタイミングを次のように制御している。
図１３は、本実施形態のガス流量調整手段を説明するブロック図である。本実施形態のガス流量調整手段は、マスフローコントローラ２５ａ，２５ｂ，２７ａ，２７ｂ，４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂ、電磁弁ｓｖ、制御装置１０、ロータリーエンコーダ３により構成されている。

マスフローコントローラ２５ａ，２５ｂ，４５ａ，４５ｂや、マスフローコントローラ２７ａ，２７ｂ，４７ａ，４７ｂは、上記の実施形態と同様に、不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂや、反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂからのガスの流量を規制して、不活性ガスや反応性ガスをガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａへ通じる配管へ導くものである。

電磁弁ｓｖは、不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂからの配管、反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂ，４６ａ，４６ｂからの配管にそれぞれ個別に設けられている。なお、電磁弁ｓｖの代わりに、圧電素子を用いた電気的駆動弁等の他の制御弁を用いることもできる。

不活性ガスボンベ２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂからの配管と、反応性ガスボンベ２８ａ，２８ｂ，４６ａ，４６ｂからの配管は、各電磁弁ｓｖの先で合流し、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂには、不活性ガスと反応性ガスの混合ガスが導かれる。

制御装置１０は、各電磁弁ｓｖの開閉及びその開度を制御するものであり、各電磁弁ｓｖには制御装置１０からの制御信号が与えられる。制御装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｓｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶手段を主要構成要素としている。制御装置１０は、記憶手段に記憶されたプログラムに基づいて電磁弁ｓｖの開閉の制御を行う。

ロータリーエンコーダ３は、基板ホルダ１３の回転角度を検出するものであり、基板ホルダ１３とともに回転する回転支持軸１７ｂに設けられている。ロータリーエンコーダ３からの出力は、制御装置１０に入力される。

以上の構成において、制御装置１０は、基板ホルダ１３の回転角度をロータリーエンコーダ３からの出力で検知し、基板ホルダ１３の回転角度に応じて各電磁弁ｓｖの開閉を制御する。すなわち、基板ホルダ１３の回転に同期して、各電磁弁ｓｖの開閉を制御することで、ガス導入ノズル２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂからの不活性ガスや反応性ガスの導入量や導入のタイミングを独立に制御する。

本実施形態では、基板ホルダ１３の回転に同期して、ガス導入ノズル２ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル２ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくしている。言い換えれば、基板ホルダ１３の回転に同期して、ガス導入ノズル２ｂから導入するガス全体の流量に占める不活性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル２ａから導入するガス全体の流量に占める不活性ガスの流量の割合よりも多くしている。

また、基板ホルダ１３の回転に同期して、ガス導入ノズル４ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル４ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくしている。

例えば、基板ホルダ１３がｎ角柱の形状を備えているである場合には、基板ホルダ１３がｎ／３６０度回転する度に電磁弁ｓｖの開閉を繰り返して、ガス導入ノズル２ｂから反応性ガスを間欠的に導入することで、ガス導入ノズル２ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル２ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくする。

また、例えば、基板ホルダ１３がｎ／３６０度回転する度に電磁弁ｓｖの開閉を繰り返して、ガス導入ノズル４ｂから反応性ガスを間欠的に導入することで、ガス導入ノズル４ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル４ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくする。

なお、電磁弁ｓｖを閉状態としたときにガス導入ノズル２ｂからの反応性ガスの導入を完全に遮断するのではなく、電磁弁ｓｖの開度を下げて、反応性ガスの流量を下げるようにすることもできる。すなわち、基板ホルダ１３がｎ／３６０度回転する度に反応性ガスの流量を周期的に減少させて、反応性ガスを導入することもできる。

以上のように構成することで、本実施形態では、ガス導入ノズル２ｂやガス導入ノズル４ｂから、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０に導入するガス全体に占める反応性ガスの流量の比率を、基板ホルダ１３の回転角度に応じて制御する。このとき、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０の外部から第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０に流入する反応性ガスの流量が多くなるタイミングで、ガス導入ノズル２ｂや、ガス導入ノズル４ｂで導入するガス全体に占める反応性ガスの流量の比率を下げることで、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０に供給される不活性ガスと反応性ガスの比率を安定させることができる。

（ｂ） 上記の実施形態において、真空槽１１の雰囲気に応じて、ガス導入ノズル２ａ，２ｂから導入するガスの流量を調整することもできる。すなわち、第１の成膜プロセスゾーン２０の外部や、第２の成膜プロセスゾーン４０の外部における反応性ガスの濃度を計測して、その計測結果に応じて、ガス導入ノズル２ａ，２ｂから導入するガスの流量を調整する。例えば、以下の構成により調整する。

図１４は、本実施形態のガス流量調整手段を説明するブロック図である。本実施形態のガス流量調整手段は、マスフローコントローラ２５ａ，２５ｂ，２７ａ，２７ｂ，４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂ、電磁弁ｓｖ、制御装置１０、反応性ガス濃度検出器３’により構成されている。

本実施形態は、図１３で説明した上記実施形態を改変したものである。図１３で説明した上記実施形態との違いは、図１３においてロータリーエンコーダ３からの出力を制御装置１０に入力する代わりに、反応性ガス濃度検出手段３’からの出力を制御装置１０に入力している点である。

反応性ガス濃度検出器３’は、真空槽１１内の反応性ガスの濃度を検出するものである。例えば、反応性ガスとして酸素ガスを用いる場合には、反応性ガス濃度検出手段３’として酸素センサーを設ける。反応性ガス濃度検出手段３’では、真空槽１１内の所定の領域（以下「検出対象領域」という）における反応性ガスの濃度を計測する。

検出対象領域の位置は、特に限定されるものではないが、例えば、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に対して、排気口としての開口１１ｄ，１１ｅが設けられた側と反対側の領域を検出対象領域とする。このような位置を検出対象領域とすれば、検出対象領域における反応性ガスの濃度の高低が、検出対象領域から第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への反応性ガスの流入可能性に直接的に影響すると考えられるため、後述の制御装置１０による制御が容易となる。

以上の構成において、制御装置１０は、検出対象領域における反応性ガスの濃度を反応性ガス濃度検出手段３’からの出力で検知し、検知した濃度に応じて各電磁弁ｓｖの開閉を制御する。

すなわち、本実施形態のように、検出対象領域を、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に対して、排気口としての開口１１ｄ，１１ｅが設けられた側と反対側の領域とした場合には、制御装置１０は、検出対象領域の反応性ガスの濃度が高くなったことを検知したときに、各電磁弁ｓｖの開閉を制御して、ガス導入ノズル２ｂ，４ｂからの反応性ガスの導入量を減少させて、ガス導入ノズル２ｂ，４ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル２ａ，４ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくする。

このように、反応性ガスの流量の割合を制御することで、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０の外部（検出対象領域）から第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へ流入する反応性ガスの流量が増加するような場合でも、ガス導入ノズル２ｂ，４ｂから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合を、ガス導入ノズル２ａ，４ａから導入するガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合よりも少なくすることで、第１の成膜プロセスゾーン２０や第２の成膜プロセスゾーン４０に供給される不活性ガスと反応性ガスの比率を安定させ、異常放電の発生を抑制している。

特に、本実施形態でも、上記実施形態と同様に、ガス導入ノズル２ｂ近傍に供給されるガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合と、ガス導入ノズル２ａ近傍に供給されるガス全体の流量に占める反応性ガスの流量の割合が一致するようにすることで、反応性ガスと不活性ガスの比率の不均一（斑）に起因すると考えられる異常放電が発生を抑制している。

なお、電磁弁ｓｖを閉状態としたときにガス導入ノズル２ｂからの反応性ガスの導入を完全に遮断してもよいし、電磁弁ｓｖを閉状態としたときにガス導入ノズル２ｂからの反応性ガスの導入を完全に遮断するのではなく、電磁弁ｓｖの開度を下げて、反応性ガスの流量を下げるようにしてもよい。

（ｃ） 上記の実施形態では、プラズマ発生手段として、板状の誘電体板８３に対して同一平面状で渦をなすアンテナ８５ａ，８５ｂを固定した誘導結合型（平板型）のプラズマ発生装置８０を用いていた。しかし、反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させるものであれば、プラズマ発生手段として、他の構成のプラズマ発生手段を用いることもできる。例えば、誘電体で形成された円筒形の誘電体壁の周囲に渦状に巻回させたアンテナに高周波の電力を印加して、円筒形の誘電体壁に囲まれた領域に誘導電界を発生させてプラズマを発生させる誘導結合型（円筒型）のプラズマ発生手段を適用できる。

（ｄ） 上記の実施形態では、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、Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＺｒＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，ＨｆＯ_２等を用いることもできる。勿論、ターゲット２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂの材料を総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、Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＺｒＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，ＳｉＯ_２，Ｎｂ_２Ｏ_５，ＨｆＯ_２，ＭｇＦ_２等の光学膜ないし絶縁膜、ＩＴＯ等の導電膜、Ｆｅ_２Ｏ_３などの磁性膜、ＴｉＮ，ＣｒＮ，ＴｉＣなどの超硬膜を作成できる。ＴｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＳｉＯ_２，Ｎｂ_２Ｏ_５，Ｔａ_２Ｏ_５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、特に本発明のスパッタ装置を用いてプラズマ処理すると有効である。

スパッタ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。 スパッタ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。 マグネトロンスパッタ電極の構造を説明する説明図である。 図３の線Ｄ−Ｄ断面の端面図である。 図３のＥ−Ｅ断面の端面図である。 図４の部分拡大図である。 図５の部分拡大図である。 スパッタガス導入管の配置を示す説明図である。 プラズマ発生手段を説明する要部説明図である。 図９のＦ−Ｆ断面図である。 成膜位置と膜厚の関係を示す実験結果である。 基板ホルダ１３と仕切壁１２との位置関係を示す説明図である。 他の実施形態に係るガス流量調整手段を説明するブロック図である。 他の実施形態に係るガス流量調整手段を説明するブロック図である。 従来の薄膜の形成技術を説明する説明図である。 従来のマグネトロンスパッタ電極の構成を説明する説明図である。 従来のマグネトロンスパッタ電極の構成を説明する説明図である。

符号の説明

１・・・スパッタ装置
２ａ，４ａ・・・ガス導入ノズル（第１のスパッタガス導入管）
２ｂ，４ｂ・・・ガス導入ノズル（第２のスパッタガス導入管）
３・・・ロータリーエンコーダ
３’・・・反応性ガス濃度検出器
５，６・・・扉
１０・・・制御装置
１１・・・真空槽
１１Ａ・・・膜形成室
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｈ・・・開口
１１ｄ，１１ｅ・・・開口（排気口）
１２，１４，１６・・・仕切壁（区画壁）
１３・・・基板ホルダ（基体ホルダ）
１７・・・モータ
１７ａ・・・回転駆動軸
１７ｂ・・・回転支持軸
２０・・・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
２２，４２・・・電極設置板
２３，４３・・・交流電源
２４，４４・・・トランス
２５ａ，２５ｂ，２７ａ，２７ｂ，４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂ・・・マスフローコントローラ
２６ａ，２６ｂ，４６ａ，４６ｂ・・・不活性ガスボンベ
２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂ・・・反応性ガスボンベ
２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂ・・・ターゲット
４０・・・第２の成膜プロセスゾーン
５１，５２・・・真空ポンプ
５１ａ・・・配管
６０・・・反応プロセスゾーン
６５，６７・・・マスフローコントローラ
６６・・・不活性ガスボンベ
６８・・・反応性ガスボンベ
８０・・・プラズマ発生装置
８０Ａ・・・アンテナ収容室
８１・・・ケース体
８３・・・誘電体板
８５ａ，８５ｂ・・・アンテナ
１１０・・・真空槽
１２０・・・成膜プロセスゾーン
１２１ａ，１２１ｂ・・・マグネトロンスパッタ電極
１２９ａ，１２９ｂ・・・ターゲット
１３０・・・基板ホルダ
１６０・・・反応プロセスゾーン
２１０・・・バッキングプレート
２１１・・・ベース極片
２１１ａ，２１１ｂ・・・磁界調整凹部
２１２・・・中央円柱磁石
２１３・・・第１の内側水平磁石
２１４・・・第２の内側水平磁石
２１５・・・外側水平磁石
２１６・・・第１の外側垂直磁石
２１７・・・中央垂直磁石
２１８・・・中央水平磁石
２１９・・・外側水平磁石
２２０・・・第２の外側垂直磁石
２２１・・・内側リング極片
２２２・・・外側リング極片
２２３・・・中央棒状極片
ＳＶ・・・電磁弁
Ｖ１，Ｖ２・・・バルブ
Ｚ・・・中心軸線

Claims (3)

1. 真空槽に設けられた排気口からの排気と、前記真空槽内に設けられた区画壁で区画された反応プロセスゾーンへの少なくとも反応性ガスの導入と、前記真空槽内に設けられた区画壁で区画された成膜プロセスゾーンへの少なくとも反応性ガスを含むスパッタガスの導入とを行いながらターゲットに対するスパッタによって薄膜を形成する薄膜形成方法において、
   前記成膜プロセスゾーンへのスパッタガスの導入は、前記排気口から近い位置に設けられた第１のスパッタガス導入管からのスパッタガスの導入と、前記排気口から遠い位置に設けられた第２のスパッタガス導入管からのスパッタガスの導入とで行うとともに、前記第１のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合を前記第２のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合よりも多くし、且つ前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから前記第２のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量が、前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから第１のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量よりも多くして行うことを特徴とする薄膜形成方法。
2. 真空槽に設けられた排気口からの排気と、前記真空槽内に設けられた区画壁で区画された成膜プロセスゾーンへの少なくとも反応性ガスを含むスパッタガスの導入とを行いながらターゲットに対するスパッタによって中間薄膜を形成する中間薄膜形成工程と、
   前記真空槽内に設けられた反応プロセスゾーンへの反応性ガスの導入を行いながら、前記中間薄膜形成工程で形成した中間薄膜に対して前記反応性ガスのプラズマを用いた処理を前記反応プロセスゾーンにおいて行う最終薄膜形成工程と、を行うことで薄膜を形成する薄膜形成方法において、
   前記成膜プロセスゾーンへのスパッタガスの導入は、前記排気口から近い位置に設けられた第１のスパッタガス導入管からのスパッタガスの導入と、前記排気口から遠い位置に設けられた第２のスパッタガス導入管からのスパッタガスの導入とで行うとともに、前記第１のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合を前記第２のスパッタガス導入管から導入するスパッタガス全体に占める反応性ガスの流量の割合よりも多くし、且つ前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから前記第２のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量が、前記反応プロセスゾーン及び他の成膜プロセスゾーンから第１のスパッタガス導入管の近傍への反応性ガスの流入量よりも多くして行うことを特徴とする薄膜形成方法。
3. 前記ターゲットを保持するマグネトロンスパッタ電極に８０ｋＨｚ以上１２０ｋＨｚ以下の周波数で電力を供給して前記ターゲットに対するスパッタを行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜形成方法。

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