薄膜形成方法
【課題】安定したプラズマを高効率に発生させて成膜を行うことができる薄膜形成方法を提供する。
【解決手段】内部を真空に維持する真空容器１１と、真空容器に接続されアンテナ収容室８０Ａ内に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を用いた薄膜形成方法である。薄膜形成方法は、前記真空容器の内部を真空状態にするとともに、前記アンテナ収容室の内部を真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に減圧する減圧工程と、前記アンテナ８５ａに高周波電圧を印加して前記真空容器の内部にプラズマを発生させて、前記真空容器内で形成された薄膜をプラズマ処理する工程と、を備えている。
【解決手段】内部を真空に維持する真空容器１１と、真空容器に接続されアンテナ収容室８０Ａ内に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を用いた薄膜形成方法である。薄膜形成方法は、前記真空容器の内部を真空状態にするとともに、前記アンテナ収容室の内部を真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に減圧する減圧工程と、前記アンテナ８５ａに高周波電圧を印加して前記真空容器の内部にプラズマを発生させて、前記真空容器内で形成された薄膜をプラズマ処理する工程と、を備えている。
【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方法に係り、特にプラズマ発生手段を備える薄膜形成方法に関する。
【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、特許文献１）。
【０００３】
この技術では、薄膜形成装置の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。
【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（例えば、特許文献２）。
図７は、平板型の従来のプラズマ発生手段３８０を説明する図である。図７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７の（Ａ）に示すように、平板型の従来のプラズマ発生手段３８０は、真空容器３１１の一部を石英等の誘電体からなる誘電体板３８３で構成し、誘電体板３８３の大気側に位置する外壁に沿ってアンテナ３８５を配置する。すなわち、アンテナ３８５は真空容器３１１の外側、言い換えれば、大気中に設けられている。図７の（Ｂ）に、アンテナ３８５の形状を示す。アンテナ３８５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３８０では、アンテナ３８５にマッチング回路を備えたマッチングボックス３８７を介して高周波電源３８９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３８５に対する高周波電力の印加は、図７のマッチングボックス３８７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７に示すように、アンテナ３８５と高周波電源３８９の間に接続されるマッチング回路は、可変コンデンサ３８７ａ，３８７ｂとマッチング用コイル３８７ｃとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１―２３４３３８号公報（第２，１０，１１頁、図１、図２）
【特許文献２】特開平８−８３６９６号公報（第４−６頁、図１、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
平板型の従来のプラズマ発生手段３８０を薄膜形成装置に用いて成膜する場合、薄膜を形成する空間を形成する真空容器３１１内の成膜中の圧力は、概ね１０１〜１０−２Ｐａに保持される。大気がおよそ１０５Ｐａであるため、成膜中に真空容器３１１の外側と内側で大きな圧力差が生じる。したがって、誘電体板３８３の強度を、この圧力差に十分に耐えられるように設計する必要があった。例えば、気泡やクラックの少ない高品質の石英ガラスを用いる必要があった。高品質の石英ガラスは高価であり、コストがかかった。また、誘電体板３８３として石英ガラスを用いた場合、上述の圧力差に耐えるために数十ｍｍの厚さが要求されていた。このように、誘電体板３８３を厚くすると、真空容器３１１内で必要な密度のプラズマを発生するためにアンテナ３８５に対して大きな電力を供給する必要があり、また、誘電体板３８３の厚みの分だけアンテナ３８５と真空容器３１１の内部との距離が広がり、プラズマの発生が非効率になるという問題があった。さらに、アンテナ３８５が大気中にさらされているために酸化されやすく、メンテナンスの手間がかかったり、アンテナの寿命が短くなったりするという問題もあった。
【０００７】
アンテナを大気中ではなく、真空容器内の薄膜を形成する空間に配置する方式のプラズマ発生手段を用いた薄膜形成装置も用いられているが、薄膜を形成する空間にアンテナが配置されているため、アンテナの材料が薄膜に混入するという不都合や、アンテナの表面が汚染されてプラズマが不安定化するという不都合があった。
【０００８】
以上の問題点に鑑みて、本発明の目的は、安定したプラズマを高効率に発生させて成膜を行うことができる薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために請求項１に記載の薄膜形成方法は、内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器に接続され前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備え、前記プラズマ発生手段は、誘電体で形成された誘電体壁と、該誘電体壁に隣接して設置されたアンテナと、該アンテナを収容するアンテナ収容室を前記誘電体壁とともに形成する蓋体と、前記アンテナ収容室を真空状態に排気するための減圧手段とを有して構成され、前記真空容器の内部と前記アンテナ収容室の内部とが前記誘電体壁によって仕切られて独立した空間を形成しているとともに、前記アンテナ収容室は、前記真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に維持されている薄膜形成装置を用いて薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記真空容器の内部を真空状態にするとともに、前記アンテナ収容室の内部を前記真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に減圧する減圧工程と、前記アンテナに高周波電圧を印加して前記真空容器の内部にプラズマを発生させて、前記真空容器内で形成された薄膜をプラズマ処理する工程と、により薄膜を形成することを特徴とする。
【００１０】
このような方法により、アンテナの酸化を防止するとともに、収容室にプラズマが発生することを抑制できる。
【００１１】
このとき、前記減圧工程において、前記アンテナ収容室と前記真空容器との圧力差を小さくすると好適である。このようにすると、真空容器の内部とアンテナ収容室を仕切る誘電体壁を比較的薄くすることができる。
【００１２】
さらに、前記減圧工程は、真空容器の内部と、アンテナ収容室の内部を同時に排気し、真空容器の内部を１０−２Ｐａ〜１０Ｐａに減圧し、次に、アンテナ収容室を前記真空容器より１０−３Ｐａ以下にまで減圧すると好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の薄膜形成方法によれば、アンテナの酸化を防止するとともに、アンテナ収容室にプラズマが発生することを抑制できるため、安定したプラズマを効率的に発生させることが可能となる。
【００１４】
また、アンテナ収容室を真空容器より減圧して、同時に真空容器の内部とアンテナ収容室の内部の圧力差が大きくならないようにしているので、アンテナの酸化を防止するとともに、アンテナ収容室にプラズマが発生することを抑制できるため、安定したプラズマを効率的に発生させることが可能である状態を保持し、真空容器の内部とアンテナ収容室の圧力差が少ない状態となるため、真空容器の内部とアンテナ収容室を仕切る誘電体壁を比較的薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に用いる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】本発明に用いる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】本発明のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。
【図４】本発明のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。
【図５】プラズマ発生手段の他の実施形態を説明する要部説明図である。
【図６】プラズマ発生手段の他の実施形態を説明する要部説明図である。
【図７】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形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１乃至図４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スパッタ装置１の上面の説明図、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。図３は、本発明のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。図４は、図３のＤ−Ｄ断面図である。スパッタ装置１は本発明の薄膜形成方法の一例である。
【００１８】
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。
【００１９】
本実施形態のスパッタ装置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。
【００２０】
本実施形態のスパッタ装置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手段８０と、を主要な構成要素としている。
【００２１】
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。
【００２２】
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、基板が基板ホルダに保持されている。
【００２３】
仕切壁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。本実施形態における仕切壁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。
【００２４】
真空容器１１の内壁面，仕切壁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手段８０，仕切壁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。本実施形態では、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１５ａ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。本実施形態の中周波交流電源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。
【００２８】
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。
【００２９】
真空容器１１の反応プロセスゾーン６０に対応する壁面には、プラズマ発生手段８０を設置するための開口１１ａが形成されている。また、反応プロセスゾーン６０には、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。
【００３０】
図１乃至図４を用いて、本実施形態のプラズマ発生手段８０を説明する。
プラズマ発生手段８０は、反応プロセスゾーン６０に面して設けられている。本実施形態のプラズマ発生手段８０は、本発明の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１５ａ，真空ポンプ１５を有して構成されている。
【００３１】
ケース体８１は、真空容器１１の壁面に形成された開口１１ａを塞ぐ形状を備え、ボルト（不図示）で真空容器１１の開口１１ａを塞ぐように固定されている。ケース体８１が真空容器１１の壁面に固定されることで、プラズマ発生手段８０は真空容器１１に接続されている。本実施形態において、ケース体８１はステンレスで形成されている。誘電体板８３は、板状の誘電体で形成されている。本実施形態において、誘電体板８３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Ａｌ２Ｏ３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、ケース体８１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とケース体８１がボルト（不図示）で連結されることで、固定枠８４とケース体８１の間に誘電体板８３が挟持され、これにより誘電体板８３がケース体８１に固定されている。誘電体板８３がケース体８１に固定されることで、ケース体８１と誘電体板８３によってアンテナ収容室８０Ａが形成されている。すなわち、本実施形態では、ケース体８１と誘電体板８３に囲まれてアンテナ収容室８０Ａが形成されている。
【００３２】
ケース体８１に固定された誘電体板８３は、開口１１ａを介して真空容器１１の内部（反応プロセスゾーン６０）に臨んで設けられている。このとき、アンテナ収容室８０Ａは、真空容器１１の内部と分離している。すなわち、アンテナ収容室８０Ａと真空容器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を形成している。また、アンテナ収容室８０Ａと真空容器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と真空容器１１内部の反応プロセスゾーン６０、アンテナ収容室８０Ａと真空容器１１外部との間は、Ｏリングで気密が保たれている。
【００３３】
本実施形態では、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、アンテナ収容室８０Ａに排気用の配管１５ａが接続されている。配管１５ａには、真空ポンプ１５が接続されている。本実施形態において、配管１５ａは真空容器１１の内部へも連通している。配管１５ａには、真空ポンプ１５から真空容器１１の内部に連通する位置にバルブＶ１、Ｖ２が設けられている。また、配管１５ａには、真空ポンプ１５からアンテナ収容室８０Ａの内部に連通する位置にバルブＶ１、Ｖ３が設けられている。バルブＶ２，Ｖ３のいずれかを閉じることで、アンテナ収容室８０Ａの内部と真空容器１１の内部との間での気体の移動は阻止される。真空容器１１の内部の圧力や、アンテナ収容室８０Ａの内部の圧力は、真空計（不図示）で測定される。
【００３４】
本実施形態では、スパッタ装置１に制御装置（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１５による排気を制御して、真空容器１１の内部やアンテナ収容室８０Ａの内部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，Ｖ３の開閉を制御することで、真空容器１１の内部とアンテナ収容室８０Ａの内部を同時に、又は独立して排気できる。
【００３５】
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、真空容器１１の内部（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、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。
【００３６】
アンテナ８５ａ及びアンテナ８５ｂは、平面上で渦を成した形状を備える。アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂとは、ケース体８１と誘電体板８３との間に形成されたアンテナ収容室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及びアンテナ８５ｂは、アンテナ８５ａ及びアンテナ８５ｂの渦を成す面が板状の誘電体板８３の壁面に対向した状態で、アンテナ８５ａ及びアンテナ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。
【００３７】
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。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４に示すように、可変コンデンサ８７ａ，８７ｂが設けられている。本実施形態では、アンテナ８５ａに対してアンテナ８５ｂが並列に接続されているため、従来のマッチング回路（図７参照）でマッチング用コイル３８７ｃが果たす役目の全部又は一部を、アンテナ８５ｂ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８９から供給される電力をアンテナ８５ａ，８５ｂ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。
【００３８】
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８１ａが形成されている。アンテナ収容室８０Ａ内側のアンテナ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８１ａ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８１ａとの間にはシール部材８１ｂが設けられ、アンテナ収容室８０Ａの内外で気密が保たれる。
【００３９】
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。本実施形態のスパッタ装置１では、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。
【００４０】
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。
【００４１】
以上の構成を備えるプラズマ発生手段８０が、真空容器１１に組み付けられる手順を説明する。
まず、固定具８８を用いてアンテナ８５ａ，８５ｂをケース体８１に固定する。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に合わせた固定具８８を用いる。続いて、固定枠８４を用いて、ケース体８１に誘電体板８３を固定する。これにより、アンテナ８５ａ，８５ｂは、誘電体板８３と固定板８８ａ，８８ｂとの間に挟持された状態となる。また、ケース体８１、誘電体板８３、アンテナ８５ａ，８５ｂ、固定具８８が一体的になる。続いて、真空容器１１の開口１１ａを塞ぐように、ケース体８１を真空容器１１に対してボルト（不図示）で固定する。以上によって、プラズマ発生手段８０が、真空容器１１に組み付けられ、アンテナ収容室８０Ａと、反応プロセスゾーン６０（真空容器１１の内部）と、真空容器１１の外側が、それぞれ独立の空間として形成され、アンテナ８５ａ，８５ｂがアンテナ収容室８０Ａに設置される。
【００４２】
本実施形態では、ケース体８１、誘電体板８３、アンテナ８５ａ，８５ｂ、固定具８８を一体的にした状態で、ケース体８１と真空容器１１をボルトで固定することでプラズマ発生手段８０を真空容器１１と接続できるため、プラズマ発生手段８０を真空容器１１に着脱するのが容易である。
【００４３】
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１５を作動させて、真空容器１１の内部と、アンテナ収容室８０Ａを減圧する。このとき、制御装置は配管１５ａに設けられたバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３を総て開放し、真空容器１１の内部と、アンテナ収容室８０Ａの内部を同時に排気して、真空容器１１の内部及びアンテナ収容室８０Ａの内部を真空状態にする。制御装置は、真空計の測定値を監視して、真空容器１１の内部とアンテナ収容室８０Ａの内部の圧力差が大きくならないように（例えば、１０４Ｐａ以上の圧力差が生じないように）、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉を適宜制御する。その後、制御装置は、真空容器１１の内部が１０−２Ｐａ〜１０Ｐａになったところで一旦バルブＶ２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Ｖ３を閉じる。続いて、真空容器１１の内部が１０−２Ｐａ〜１０Ｐａを保持した状態で、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７６を介して反応プロセスゾーン６０へ導入する。
【００４４】
真空容器１１の内部とアンテナ収容室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、反応プロセスゾーン６０に反応性ガスの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。反応プロセスゾーン６０に発生させて反応性ガスのプラズマによって、基板ホルダ１３に配置された基板に対してプラズマ処理を行う。
【００４５】
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容器１１の内部をプラズマが発生する圧力に保持して、真空容器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の内部を真空容器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、真空容器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、真空容器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。
【００４６】
さらに、本実施形態では、アンテナ収容室８０Ａと真空容器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容器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、大気中にアンテナ８５ａ，８５ｂを設置した状態でプラズマを発生させる従来の場合（図７参照）に比べて、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。
【００４７】
また、本実施形態では、真空容器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、真空容器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、真空容器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、真空容器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と真空容器１１の内部が誘電体板８３で仕切られ、アンテナ収容室８０Ａと真空容器１１外部がケース体８１で仕切られている。このため、大気中にアンテナ１８５を設置して、真空容器１１１の内部と真空容器の外部とを誘電体板１８３で仕切る従来の場合（図７参照）に比べて、本実施形態では、アンテナ収容室８０Ａと真空容器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の厚みを従来に比べて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。
【００４８】
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。また、本実施形態では、図４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。
【００４９】
特に、横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手段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。
【００５０】
また、本実施形態では、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、プラズマ発生手段８０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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、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、０．１Ｐａ〜１．３Ｐａに調整する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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８５ａ，８５ｂに、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加して、プラズマ発生手段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る。反応プロセスゾーン６０の圧力は、０．７Ｐａ〜１Ｐａ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。
【００５６】
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、プラズマ発生手段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（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（ＳｉＯ２）に変換させる。
【００５７】
以上の工程によって、上記例では、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。
【００５８】
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。
【００５９】
以上に説明した実施の形態は、例えば、次の（ａ）〜（ｌ）のように、改変することもできる。また、（ａ）〜（ｌ）を適宜組合せて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、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、プラズマ発生手段は、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用いても適用できる。
（ｂ） 上記の実施形態では、所謂カルーセル型のスパッタ装置を用いているが、これに限定されるものではない。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を用いても適用できる。
【００６０】
（ｃ） 上記の実施形態では、固定枠８４を用いて、ケース体８１に誘電体板８３を固定して、ケース体８１、誘電体板８３、アンテナ８５ａ，８５ｂ、固定具８８を一体的にした状態で、ケース体８１と真空容器１１をボルトで固定することでプラズマ発生手段を真空容器１１と接続した。しかし、誘電体板８３の固定の方法、プラズマ発生手段の接続の方法はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、改変することもできる。図５は、プラズマ発生手段の他の実施形態を説明する要部説明図である。図５に示した実施形態では、真空容器１１１と固定枠１８４をボルト（不図示）で連結することで、真空容器１１１と固定枠１８４との間に、誘電体壁としての誘電体板１８３を挟持させて、誘電体板１８３を真空容器１１１に固定している。そして、真空容器１１１に固定された誘電体板１８３を覆うように、蓋体としてのケース体１８１が真空容器１１１にボルトで固定され、プラズマ発生手段1８０が真空容器１１１に固定されている。
【００６１】
そして、ケース体１８１と誘電体板１８３で囲まれてアンテナ収容室１８０Ａが形成されている。アンテナ収容室１８０Ａの内部を減圧できるように、アンテナ収容室１８０Ａに配管１５ａが接続され、配管１５ａの先に真空ポンプ１５が接続されている。なお、上記の実施形態においてアンテナ８５ａ，８５ｂが固定具８８を用いてケース体８１に固定されていたのと同様に、アンテナ８５ａ，８５ｂは、固定具１８８を用いてケース体１８１に固定されている。ケース体１８１を真空容器１１１から取り外せば、アンテナ８５ａ，８５ｂの着脱や、アンテナ８５ａ，８５ｂの形状の変更等を容易に行うことができる。
【００６２】
（ｄ） 上記の実施形態では、プラズマ発生手段として、図１乃至図４に示すような、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）のプラズマ発生手段を用いているが、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に対しても本発明を適用できる。
【００６３】
図６は誘導結合型（円筒型）のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。図６に示した実施形態では、誘電体壁として誘電体板２８３を備える。誘電体板２８３は円筒形状を備えている。真空容器２１１と固定枠２８４をボルト（不図示）で連結することで、真空容器２１１と固定枠２８４との間に、本発明の誘電体壁としての誘電体板２８３を挟持させて、誘電体板２８３を真空容器２１１に固定している。そして、真空容器２１１に固定された誘電体板２８３を覆うように、蓋体としてのケース体２８１が真空容器２１１にボルトで固定され、プラズマ発生手段２８０が真空容器２１１に固定されている。
【００６４】
そして、ケース体２８１と誘電体板２８３で囲まれてアンテナ収容室２８０Ａが形成されている。アンテナ収容室２８０Ａの内部を減圧できるように、アンテナ収容室２８０Ａに配管１５ａが接続され、配管１５ａの先に真空ポンプ１５が接続されている。アンテナ２８５は、円筒状の誘電体板の外周に巻回されている。上記の実施形態においてアンテナ８５ａ，８５ｂが固定具８８を用いてケース体８１に固定されていたのと同様に、アンテナ２８５は、固定具２８８を用いてケース体２８１に固定されている。ケース体２８１を真空容器２１１から取り外せば、アンテナ２８５の着脱や、アンテナ２８５の形状の変更等を容易に行うことができる。
【００６５】
なお、図６に示した実施形態において、ケース体２８１と固定枠８４の間に誘電体板２８３を挟持させることで、ケース体２８１に誘電体板２８３を固定して、ケース体２８１、誘電体板２８３、アンテナ２８５、固定具２８８を一体的にした構成とすることもできる。このように構成すれば、ケース体２８１と真空容器２１１をボルトで固定することでプラズマ発生手段２８０を真空容器２１１と接続できるため、プラズマ発生手段２８０を真空容器２１１に着脱するのが容易となる。
【００６６】
（ｅ） 上記の実施形態では、配管１５ａが真空容器１１の内部と、アンテナ収容室８０Ａの内部と、両方に接続され、配管１５ａに接続された真空ポンプ１５で、真空容器１１の内部およびアンテナ収容室８０Ａの排気を行っていた。しかし、真空容器１１の内部、アンテナ収容室８０Ａの内部それぞれに独立の配管を接続して、各配管に接続した独立の真空ポンプで、真空容器１１の内部およびアンテナ収容室８０Ａの内部を排気するようにしてもよい。
（ｆ） 上記の実施形態では、固定板８８ａ，８８ｂに誘電体板８３を嵌合し、固定ボルト８８ｃ，８８ｄで固定板８８ａ，８８ｂをケース体８１に固定することで、アンテナ８５ａ，８５ｂをアンテナ収容室８０Ａに設置したが、要は、間隔Ｄを調整してアンテナ８５ａ，８５ｂを固定できれば他の方法でもよい。
【００６７】
（ｇ） 上記の実施形態では、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。
【００６８】
（ｈ） 上記の実施形態では、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。
（ｉ） 上記の実施形態では、アンテナ８５ａの円管状の本体部を銅で、被覆層を銀で形成したが、本体部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を本体部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、被覆層を銅，金で形成したりしてもよい。アンテナ８５ｂの本体部，被覆層も同様に改変できる。また、アンテナ８５ａと、アンテナ８５ｂを、異なる材料で形成してもよい。
【００６９】
（ｊ） 上記の実施形態では、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。
（ｋ） 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、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、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方法を用いてプラズマ処理すると有効である。
【００７０】
（ｌ） 上記の実施形態では、ターゲット２９ａとターゲット２９ｂ、ターゲット４９ａとターゲット４９ｂは同一の材料で構成されているが、異種の材料で構成してもよい。同一の金属ターゲットを用いた場合は、上述のように、スパッタを行うことによって単一金属の不完全反応物が基板に形成され、異種の金属ターゲットを用いた場合は合金の不完全反応物が基板に形成される。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・スパッタ装置、１１，１１１，２１１・・・真空容器、１１ａ・・・開口、１２，１４，１６・・・仕切壁、１３・・・基板ホルダ、１５・・・真空ポンプ、１５ａ・・・配管、１７・・・モータ、２０，４０・・・成膜プロセスゾーン、２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂ・・・マグネトロンスパッタ電極、２３，４３・・・中周波交流電源、２４，４４・・・トランス、２５，２６，４５，４６，７５，７６・・・マスフローコントローラ、２７，４７・・・スパッタガスボンベ、２８，４８，７８・・・反応性ガスボンベ、２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂ・・・ターゲット、６０・・・反応プロセスゾーン、７７・・・不活性ガスボンベ、８０，１８０，２８０・・・プラズマ発生手段、８０Ａ，１８０Ａ，２８０Ａ・・・アンテナ収容室、８１，１８１，２８１・・・ケース体、８１ａ・・・挿通孔、８１ｂ・・・シール部材、８３，１８３，２８３・・・誘電体板、８４，１８４，２８４・・・固定枠、８５ａ，８５ｂ，２８５・・・アンテナ、８６ａ，８６ｂ・・・導線部、８７・・・マッチングボックス、８７ａ，８７ｂ・・・可変コンデンサ、８８，１８８，２８８・・・固定具、８８ａ，８８ｂ・・・固定板、８８ｃ，８８ｄ・・・固定ボルト、８９・・・高周波電源、３１１・・・真空容器、３８０・・・プラズマ発生手段、３８３・・・誘電体板、３８５・・・アンテナ、３８７ａ,３８７ｂ・・・可変コンデンサ、３８７ｃ・・・マッチング用コイル、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・・バルブ
【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方法に係り、特にプラズマ発生手段を備える薄膜形成方法に関する。
【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、特許文献１）。
【０００３】
この技術では、薄膜形成装置の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。
【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（例えば、特許文献２）。
図７は、平板型の従来のプラズマ発生手段３８０を説明する図である。図７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７の（Ａ）に示すように、平板型の従来のプラズマ発生手段３８０は、真空容器３１１の一部を石英等の誘電体からなる誘電体板３８３で構成し、誘電体板３８３の大気側に位置する外壁に沿ってアンテナ３８５を配置する。すなわち、アンテナ３８５は真空容器３１１の外側、言い換えれば、大気中に設けられている。図７の（Ｂ）に、アンテナ３８５の形状を示す。アンテナ３８５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３８０では、アンテナ３８５にマッチング回路を備えたマッチングボックス３８７を介して高周波電源３８９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３８５に対する高周波電力の印加は、図７のマッチングボックス３８７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７に示すように、アンテナ３８５と高周波電源３８９の間に接続されるマッチング回路は、可変コンデンサ３８７ａ，３８７ｂとマッチング用コイル３８７ｃとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１―２３４３３８号公報（第２，１０，１１頁、図１、図２）
【特許文献２】特開平８−８３６９６号公報（第４−６頁、図１、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
平板型の従来のプラズマ発生手段３８０を薄膜形成装置に用いて成膜する場合、薄膜を形成する空間を形成する真空容器３１１内の成膜中の圧力は、概ね１０１〜１０−２Ｐａに保持される。大気がおよそ１０５Ｐａであるため、成膜中に真空容器３１１の外側と内側で大きな圧力差が生じる。したがって、誘電体板３８３の強度を、この圧力差に十分に耐えられるように設計する必要があった。例えば、気泡やクラックの少ない高品質の石英ガラスを用いる必要があった。高品質の石英ガラスは高価であり、コストがかかった。また、誘電体板３８３として石英ガラスを用いた場合、上述の圧力差に耐えるために数十ｍｍの厚さが要求されていた。このように、誘電体板３８３を厚くすると、真空容器３１１内で必要な密度のプラズマを発生するためにアンテナ３８５に対して大きな電力を供給する必要があり、また、誘電体板３８３の厚みの分だけアンテナ３８５と真空容器３１１の内部との距離が広がり、プラズマの発生が非効率になるという問題があった。さらに、アンテナ３８５が大気中にさらされているために酸化されやすく、メンテナンスの手間がかかったり、アンテナの寿命が短くなったりするという問題もあった。
【０００７】
アンテナを大気中ではなく、真空容器内の薄膜を形成する空間に配置する方式のプラズマ発生手段を用いた薄膜形成装置も用いられているが、薄膜を形成する空間にアンテナが配置されているため、アンテナの材料が薄膜に混入するという不都合や、アンテナの表面が汚染されてプラズマが不安定化するという不都合があった。
【０００８】
以上の問題点に鑑みて、本発明の目的は、安定したプラズマを高効率に発生させて成膜を行うことができる薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために請求項１に記載の薄膜形成方法は、内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器に接続され前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備え、前記プラズマ発生手段は、誘電体で形成された誘電体壁と、該誘電体壁に隣接して設置されたアンテナと、該アンテナを収容するアンテナ収容室を前記誘電体壁とともに形成する蓋体と、前記アンテナ収容室を真空状態に排気するための減圧手段とを有して構成され、前記真空容器の内部と前記アンテナ収容室の内部とが前記誘電体壁によって仕切られて独立した空間を形成しているとともに、前記アンテナ収容室は、前記真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に維持されている薄膜形成装置を用いて薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記真空容器の内部を真空状態にするとともに、前記アンテナ収容室の内部を前記真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に減圧する減圧工程と、前記アンテナに高周波電圧を印加して前記真空容器の内部にプラズマを発生させて、前記真空容器内で形成された薄膜をプラズマ処理する工程と、により薄膜を形成することを特徴とする。
【００１０】
このような方法により、アンテナの酸化を防止するとともに、収容室にプラズマが発生することを抑制できる。
【００１１】
このとき、前記減圧工程において、前記アンテナ収容室と前記真空容器との圧力差を小さくすると好適である。このようにすると、真空容器の内部とアンテナ収容室を仕切る誘電体壁を比較的薄くすることができる。
【００１２】
さらに、前記減圧工程は、真空容器の内部と、アンテナ収容室の内部を同時に排気し、真空容器の内部を１０−２Ｐａ〜１０Ｐａに減圧し、次に、アンテナ収容室を前記真空容器より１０−３Ｐａ以下にまで減圧すると好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の薄膜形成方法によれば、アンテナの酸化を防止するとともに、アンテナ収容室にプラズマが発生することを抑制できるため、安定したプラズマを効率的に発生させることが可能となる。
【００１４】
また、アンテナ収容室を真空容器より減圧して、同時に真空容器の内部とアンテナ収容室の内部の圧力差が大きくならないようにしているので、アンテナの酸化を防止するとともに、アンテナ収容室にプラズマが発生することを抑制できるため、安定したプラズマを効率的に発生させることが可能である状態を保持し、真空容器の内部とアンテナ収容室の圧力差が少ない状態となるため、真空容器の内部とアンテナ収容室を仕切る誘電体壁を比較的薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に用いる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】本発明に用いる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】本発明のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。
【図４】本発明のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。
【図５】プラズマ発生手段の他の実施形態を説明する要部説明図である。
【図６】プラズマ発生手段の他の実施形態を説明する要部説明図である。
【図７】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形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１乃至図４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スパッタ装置１の上面の説明図、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。図３は、本発明のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。図４は、図３のＤ−Ｄ断面図である。スパッタ装置１は本発明の薄膜形成方法の一例である。
【００１８】
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。
【００１９】
本実施形態のスパッタ装置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。
【００２０】
本実施形態のスパッタ装置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手段８０と、を主要な構成要素としている。
【００２１】
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。
【００２２】
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、基板が基板ホルダに保持されている。
【００２３】
仕切壁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。本実施形態における仕切壁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。
【００２４】
真空容器１１の内壁面，仕切壁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手段８０，仕切壁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。本実施形態では、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１５ａ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。本実施形態の中周波交流電源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。
【００２８】
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。
【００２９】
真空容器１１の反応プロセスゾーン６０に対応する壁面には、プラズマ発生手段８０を設置するための開口１１ａが形成されている。また、反応プロセスゾーン６０には、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。
【００３０】
図１乃至図４を用いて、本実施形態のプラズマ発生手段８０を説明する。
プラズマ発生手段８０は、反応プロセスゾーン６０に面して設けられている。本実施形態のプラズマ発生手段８０は、本発明の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１５ａ，真空ポンプ１５を有して構成されている。
【００３１】
ケース体８１は、真空容器１１の壁面に形成された開口１１ａを塞ぐ形状を備え、ボルト（不図示）で真空容器１１の開口１１ａを塞ぐように固定されている。ケース体８１が真空容器１１の壁面に固定されることで、プラズマ発生手段８０は真空容器１１に接続されている。本実施形態において、ケース体８１はステンレスで形成されている。誘電体板８３は、板状の誘電体で形成されている。本実施形態において、誘電体板８３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Ａｌ２Ｏ３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、ケース体８１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とケース体８１がボルト（不図示）で連結されることで、固定枠８４とケース体８１の間に誘電体板８３が挟持され、これにより誘電体板８３がケース体８１に固定されている。誘電体板８３がケース体８１に固定されることで、ケース体８１と誘電体板８３によってアンテナ収容室８０Ａが形成されている。すなわち、本実施形態では、ケース体８１と誘電体板８３に囲まれてアンテナ収容室８０Ａが形成されている。
【００３２】
ケース体８１に固定された誘電体板８３は、開口１１ａを介して真空容器１１の内部（反応プロセスゾーン６０）に臨んで設けられている。このとき、アンテナ収容室８０Ａは、真空容器１１の内部と分離している。すなわち、アンテナ収容室８０Ａと真空容器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を形成している。また、アンテナ収容室８０Ａと真空容器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と真空容器１１内部の反応プロセスゾーン６０、アンテナ収容室８０Ａと真空容器１１外部との間は、Ｏリングで気密が保たれている。
【００３３】
本実施形態では、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、アンテナ収容室８０Ａに排気用の配管１５ａが接続されている。配管１５ａには、真空ポンプ１５が接続されている。本実施形態において、配管１５ａは真空容器１１の内部へも連通している。配管１５ａには、真空ポンプ１５から真空容器１１の内部に連通する位置にバルブＶ１、Ｖ２が設けられている。また、配管１５ａには、真空ポンプ１５からアンテナ収容室８０Ａの内部に連通する位置にバルブＶ１、Ｖ３が設けられている。バルブＶ２，Ｖ３のいずれかを閉じることで、アンテナ収容室８０Ａの内部と真空容器１１の内部との間での気体の移動は阻止される。真空容器１１の内部の圧力や、アンテナ収容室８０Ａの内部の圧力は、真空計（不図示）で測定される。
【００３４】
本実施形態では、スパッタ装置１に制御装置（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１５による排気を制御して、真空容器１１の内部やアンテナ収容室８０Ａの内部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，Ｖ３の開閉を制御することで、真空容器１１の内部とアンテナ収容室８０Ａの内部を同時に、又は独立して排気できる。
【００３５】
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、真空容器１１の内部（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、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。
【００３６】
アンテナ８５ａ及びアンテナ８５ｂは、平面上で渦を成した形状を備える。アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂとは、ケース体８１と誘電体板８３との間に形成されたアンテナ収容室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及びアンテナ８５ｂは、アンテナ８５ａ及びアンテナ８５ｂの渦を成す面が板状の誘電体板８３の壁面に対向した状態で、アンテナ８５ａ及びアンテナ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。
【００３７】
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。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４に示すように、可変コンデンサ８７ａ，８７ｂが設けられている。本実施形態では、アンテナ８５ａに対してアンテナ８５ｂが並列に接続されているため、従来のマッチング回路（図７参照）でマッチング用コイル３８７ｃが果たす役目の全部又は一部を、アンテナ８５ｂ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８９から供給される電力をアンテナ８５ａ，８５ｂ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。
【００３８】
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８１ａが形成されている。アンテナ収容室８０Ａ内側のアンテナ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８１ａ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８１ａとの間にはシール部材８１ｂが設けられ、アンテナ収容室８０Ａの内外で気密が保たれる。
【００３９】
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。本実施形態のスパッタ装置１では、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。
【００４０】
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。
【００４１】
以上の構成を備えるプラズマ発生手段８０が、真空容器１１に組み付けられる手順を説明する。
まず、固定具８８を用いてアンテナ８５ａ，８５ｂをケース体８１に固定する。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に合わせた固定具８８を用いる。続いて、固定枠８４を用いて、ケース体８１に誘電体板８３を固定する。これにより、アンテナ８５ａ，８５ｂは、誘電体板８３と固定板８８ａ，８８ｂとの間に挟持された状態となる。また、ケース体８１、誘電体板８３、アンテナ８５ａ，８５ｂ、固定具８８が一体的になる。続いて、真空容器１１の開口１１ａを塞ぐように、ケース体８１を真空容器１１に対してボルト（不図示）で固定する。以上によって、プラズマ発生手段８０が、真空容器１１に組み付けられ、アンテナ収容室８０Ａと、反応プロセスゾーン６０（真空容器１１の内部）と、真空容器１１の外側が、それぞれ独立の空間として形成され、アンテナ８５ａ，８５ｂがアンテナ収容室８０Ａに設置される。
【００４２】
本実施形態では、ケース体８１、誘電体板８３、アンテナ８５ａ，８５ｂ、固定具８８を一体的にした状態で、ケース体８１と真空容器１１をボルトで固定することでプラズマ発生手段８０を真空容器１１と接続できるため、プラズマ発生手段８０を真空容器１１に着脱するのが容易である。
【００４３】
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１５を作動させて、真空容器１１の内部と、アンテナ収容室８０Ａを減圧する。このとき、制御装置は配管１５ａに設けられたバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３を総て開放し、真空容器１１の内部と、アンテナ収容室８０Ａの内部を同時に排気して、真空容器１１の内部及びアンテナ収容室８０Ａの内部を真空状態にする。制御装置は、真空計の測定値を監視して、真空容器１１の内部とアンテナ収容室８０Ａの内部の圧力差が大きくならないように（例えば、１０４Ｐａ以上の圧力差が生じないように）、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉を適宜制御する。その後、制御装置は、真空容器１１の内部が１０−２Ｐａ〜１０Ｐａになったところで一旦バルブＶ２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Ｖ３を閉じる。続いて、真空容器１１の内部が１０−２Ｐａ〜１０Ｐａを保持した状態で、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７６を介して反応プロセスゾーン６０へ導入する。
【００４４】
真空容器１１の内部とアンテナ収容室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、反応プロセスゾーン６０に反応性ガスの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。反応プロセスゾーン６０に発生させて反応性ガスのプラズマによって、基板ホルダ１３に配置された基板に対してプラズマ処理を行う。
【００４５】
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容器１１の内部をプラズマが発生する圧力に保持して、真空容器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の内部を真空容器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、真空容器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、真空容器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。
【００４６】
さらに、本実施形態では、アンテナ収容室８０Ａと真空容器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容器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、大気中にアンテナ８５ａ，８５ｂを設置した状態でプラズマを発生させる従来の場合（図７参照）に比べて、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。
【００４７】
また、本実施形態では、真空容器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、真空容器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、真空容器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、真空容器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と真空容器１１の内部が誘電体板８３で仕切られ、アンテナ収容室８０Ａと真空容器１１外部がケース体８１で仕切られている。このため、大気中にアンテナ１８５を設置して、真空容器１１１の内部と真空容器の外部とを誘電体板１８３で仕切る従来の場合（図７参照）に比べて、本実施形態では、アンテナ収容室８０Ａと真空容器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の厚みを従来に比べて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。
【００４８】
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。また、本実施形態では、図４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。
【００４９】
特に、横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手段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。
【００５０】
また、本実施形態では、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、プラズマ発生手段８０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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、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、０．１Ｐａ〜１．３Ｐａに調整する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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８５ａ，８５ｂに、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加して、プラズマ発生手段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る。反応プロセスゾーン６０の圧力は、０．７Ｐａ〜１Ｐａ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。
【００５６】
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、プラズマ発生手段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（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（ＳｉＯ２）に変換させる。
【００５７】
以上の工程によって、上記例では、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。
【００５８】
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。
【００５９】
以上に説明した実施の形態は、例えば、次の（ａ）〜（ｌ）のように、改変することもできる。また、（ａ）〜（ｌ）を適宜組合せて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、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、プラズマ発生手段は、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用いても適用できる。
（ｂ） 上記の実施形態では、所謂カルーセル型のスパッタ装置を用いているが、これに限定されるものではない。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を用いても適用できる。
【００６０】
（ｃ） 上記の実施形態では、固定枠８４を用いて、ケース体８１に誘電体板８３を固定して、ケース体８１、誘電体板８３、アンテナ８５ａ，８５ｂ、固定具８８を一体的にした状態で、ケース体８１と真空容器１１をボルトで固定することでプラズマ発生手段を真空容器１１と接続した。しかし、誘電体板８３の固定の方法、プラズマ発生手段の接続の方法はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、改変することもできる。図５は、プラズマ発生手段の他の実施形態を説明する要部説明図である。図５に示した実施形態では、真空容器１１１と固定枠１８４をボルト（不図示）で連結することで、真空容器１１１と固定枠１８４との間に、誘電体壁としての誘電体板１８３を挟持させて、誘電体板１８３を真空容器１１１に固定している。そして、真空容器１１１に固定された誘電体板１８３を覆うように、蓋体としてのケース体１８１が真空容器１１１にボルトで固定され、プラズマ発生手段1８０が真空容器１１１に固定されている。
【００６１】
そして、ケース体１８１と誘電体板１８３で囲まれてアンテナ収容室１８０Ａが形成されている。アンテナ収容室１８０Ａの内部を減圧できるように、アンテナ収容室１８０Ａに配管１５ａが接続され、配管１５ａの先に真空ポンプ１５が接続されている。なお、上記の実施形態においてアンテナ８５ａ，８５ｂが固定具８８を用いてケース体８１に固定されていたのと同様に、アンテナ８５ａ，８５ｂは、固定具１８８を用いてケース体１８１に固定されている。ケース体１８１を真空容器１１１から取り外せば、アンテナ８５ａ，８５ｂの着脱や、アンテナ８５ａ，８５ｂの形状の変更等を容易に行うことができる。
【００６２】
（ｄ） 上記の実施形態では、プラズマ発生手段として、図１乃至図４に示すような、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）のプラズマ発生手段を用いているが、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に対しても本発明を適用できる。
【００６３】
図６は誘導結合型（円筒型）のプラズマ発生手段を説明する要部説明図である。図６に示した実施形態では、誘電体壁として誘電体板２８３を備える。誘電体板２８３は円筒形状を備えている。真空容器２１１と固定枠２８４をボルト（不図示）で連結することで、真空容器２１１と固定枠２８４との間に、本発明の誘電体壁としての誘電体板２８３を挟持させて、誘電体板２８３を真空容器２１１に固定している。そして、真空容器２１１に固定された誘電体板２８３を覆うように、蓋体としてのケース体２８１が真空容器２１１にボルトで固定され、プラズマ発生手段２８０が真空容器２１１に固定されている。
【００６４】
そして、ケース体２８１と誘電体板２８３で囲まれてアンテナ収容室２８０Ａが形成されている。アンテナ収容室２８０Ａの内部を減圧できるように、アンテナ収容室２８０Ａに配管１５ａが接続され、配管１５ａの先に真空ポンプ１５が接続されている。アンテナ２８５は、円筒状の誘電体板の外周に巻回されている。上記の実施形態においてアンテナ８５ａ，８５ｂが固定具８８を用いてケース体８１に固定されていたのと同様に、アンテナ２８５は、固定具２８８を用いてケース体２８１に固定されている。ケース体２８１を真空容器２１１から取り外せば、アンテナ２８５の着脱や、アンテナ２８５の形状の変更等を容易に行うことができる。
【００６５】
なお、図６に示した実施形態において、ケース体２８１と固定枠８４の間に誘電体板２８３を挟持させることで、ケース体２８１に誘電体板２８３を固定して、ケース体２８１、誘電体板２８３、アンテナ２８５、固定具２８８を一体的にした構成とすることもできる。このように構成すれば、ケース体２８１と真空容器２１１をボルトで固定することでプラズマ発生手段２８０を真空容器２１１と接続できるため、プラズマ発生手段２８０を真空容器２１１に着脱するのが容易となる。
【００６６】
（ｅ） 上記の実施形態では、配管１５ａが真空容器１１の内部と、アンテナ収容室８０Ａの内部と、両方に接続され、配管１５ａに接続された真空ポンプ１５で、真空容器１１の内部およびアンテナ収容室８０Ａの排気を行っていた。しかし、真空容器１１の内部、アンテナ収容室８０Ａの内部それぞれに独立の配管を接続して、各配管に接続した独立の真空ポンプで、真空容器１１の内部およびアンテナ収容室８０Ａの内部を排気するようにしてもよい。
（ｆ） 上記の実施形態では、固定板８８ａ，８８ｂに誘電体板８３を嵌合し、固定ボルト８８ｃ，８８ｄで固定板８８ａ，８８ｂをケース体８１に固定することで、アンテナ８５ａ，８５ｂをアンテナ収容室８０Ａに設置したが、要は、間隔Ｄを調整してアンテナ８５ａ，８５ｂを固定できれば他の方法でもよい。
【００６７】
（ｇ） 上記の実施形態では、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。
【００６８】
（ｈ） 上記の実施形態では、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。
（ｉ） 上記の実施形態では、アンテナ８５ａの円管状の本体部を銅で、被覆層を銀で形成したが、本体部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を本体部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、被覆層を銅，金で形成したりしてもよい。アンテナ８５ｂの本体部，被覆層も同様に改変できる。また、アンテナ８５ａと、アンテナ８５ｂを、異なる材料で形成してもよい。
【００６９】
（ｊ） 上記の実施形態では、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。
（ｋ） 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、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、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方法を用いてプラズマ処理すると有効である。
【００７０】
（ｌ） 上記の実施形態では、ターゲット２９ａとターゲット２９ｂ、ターゲット４９ａとターゲット４９ｂは同一の材料で構成されているが、異種の材料で構成してもよい。同一の金属ターゲットを用いた場合は、上述のように、スパッタを行うことによって単一金属の不完全反応物が基板に形成され、異種の金属ターゲットを用いた場合は合金の不完全反応物が基板に形成される。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・スパッタ装置、１１，１１１，２１１・・・真空容器、１１ａ・・・開口、１２，１４，１６・・・仕切壁、１３・・・基板ホルダ、１５・・・真空ポンプ、１５ａ・・・配管、１７・・・モータ、２０，４０・・・成膜プロセスゾーン、２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂ・・・マグネトロンスパッタ電極、２３，４３・・・中周波交流電源、２４，４４・・・トランス、２５，２６，４５，４６，７５，７６・・・マスフローコントローラ、２７，４７・・・スパッタガスボンベ、２８，４８，７８・・・反応性ガスボンベ、２９ａ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂ・・・ターゲット、６０・・・反応プロセスゾーン、７７・・・不活性ガスボンベ、８０，１８０，２８０・・・プラズマ発生手段、８０Ａ，１８０Ａ，２８０Ａ・・・アンテナ収容室、８１，１８１，２８１・・・ケース体、８１ａ・・・挿通孔、８１ｂ・・・シール部材、８３，１８３，２８３・・・誘電体板、８４，１８４，２８４・・・固定枠、８５ａ，８５ｂ，２８５・・・アンテナ、８６ａ，８６ｂ・・・導線部、８７・・・マッチングボックス、８７ａ，８７ｂ・・・可変コンデンサ、８８，１８８，２８８・・・固定具、８８ａ，８８ｂ・・・固定板、８８ｃ，８８ｄ・・・固定ボルト、８９・・・高周波電源、３１１・・・真空容器、３８０・・・プラズマ発生手段、３８３・・・誘電体板、３８５・・・アンテナ、３８７ａ,３８７ｂ・・・可変コンデンサ、３８７ｃ・・・マッチング用コイル、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・・バルブ
【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、該真空容器に接続され前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備え、前記プラズマ発生手段は、誘電体で形成された誘電体壁と、該誘電体壁に隣接して設置されたアンテナと、該アンテナを収容するアンテナ収容室を前記誘電体壁とともに形成する蓋体と、前記アンテナ収容室を真空状態に排気するための減圧手段とを有して構成され、前記真空容器の内部と前記アンテナ収容室の内部とが前記誘電体壁によって仕切られて独立した空間を形成しているとともに、前記アンテナ収容室は、前記真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に維持されている薄膜形成装置を用いて薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記真空容器の内部を真空状態にするとともに、前記アンテナ収容室の内部を前記真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に減圧する減圧工程と、
前記アンテナに高周波電圧を印加して前記真空容器の内部にプラズマを発生させて、前記真空容器内で形成された薄膜をプラズマ処理する工程と、により薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記減圧工程において、前記アンテナ収容室と前記真空容器との圧力差を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記減圧工程は、真空容器の内部と、アンテナ収容室の内部を同時に排気し、真空容器の内部を１０−２Ｐａ〜１０Ｐａに減圧し、次に、アンテナ収容室を前記真空容器より１０−３Ｐａ以下にまで減圧することを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成方法。
【請求項１】
内部を真空に維持する真空容器と、該真空容器に接続され前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、を備え、前記プラズマ発生手段は、誘電体で形成された誘電体壁と、該誘電体壁に隣接して設置されたアンテナと、該アンテナを収容するアンテナ収容室を前記誘電体壁とともに形成する蓋体と、前記アンテナ収容室を真空状態に排気するための減圧手段とを有して構成され、前記真空容器の内部と前記アンテナ収容室の内部とが前記誘電体壁によって仕切られて独立した空間を形成しているとともに、前記アンテナ収容室は、前記真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に維持されている薄膜形成装置を用いて薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記真空容器の内部を真空状態にするとともに、前記アンテナ収容室の内部を前記真空容器より低く１０−３Ｐａ以下の真空状態に減圧する減圧工程と、
前記アンテナに高周波電圧を印加して前記真空容器の内部にプラズマを発生させて、前記真空容器内で形成された薄膜をプラズマ処理する工程と、により薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記減圧工程において、前記アンテナ収容室と前記真空容器との圧力差を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記減圧工程は、真空容器の内部と、アンテナ収容室の内部を同時に排気し、真空容器の内部を１０−２Ｐａ〜１０Ｐａに減圧し、次に、アンテナ収容室を前記真空容器より１０−３Ｐａ以下にまで減圧することを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１７４３７８（Ｐ２０１０−１７４３７８Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６４３９６（Ｐ２０１０−６４３９６）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【分割の表示】特願２００４−６５７６３（Ｐ２００４−６５７６３）の分割
【原出願日】平成１６年３月９日（２００４．３．９）
【出願人】（３９０００７２１６）株式会社シンクロン (52)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【分割の表示】特願２００４−６５７６３（Ｐ２００４−６５７６３）の分割
【原出願日】平成１６年３月９日（２００４．３．９）
【出願人】（３９０００７２１６）株式会社シンクロン (52)
【Ｆターム（参考）】
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