特許 6644617 マグネトロンスパッタ成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6644617

(24)【登録日】2020年1月10日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】マグネトロンスパッタ成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/35 20060101AFI20200130BHJP

   C23C 14/08 20060101ALI20200130BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/35 F

   C23C14/08 D

   H05H1/46 C

   H05H1/46 A

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-70773(P2016-70773)

(22)【出願日】2016年3月31日

(65)【公開番号】特開2017-179529(P2017-179529A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年12月21日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度独立行政法人科学技術振興機構 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム 産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000219602

【氏名又は名称】住友理工株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人名古屋大学

(74)【代理人】

【識別番号】100115657

【弁理士】

【氏名又は名称】進藤 素子

(74)【代理人】

【識別番号】100115646

【弁理士】

【氏名又は名称】東口 倫昭

(74)【代理人】

【識別番号】100196759

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 雪

(72)【発明者】

【氏名】犬塚 正隆

(72)【発明者】

【氏名】笹井 建典

(72)【発明者】

【氏名】豊田 浩孝

【審査官】 神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−００６０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２９７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１４７７７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６３−０２６３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２５８８４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／３５

Ｃ２３Ｃ １４／０８

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、
該基材に対向して配置されるターゲットと、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段と、を有するマグネトロンカソードと、
パルスＤＣ電源と、ＶＨＦ電源と、該ＶＨＦ電源により供給するＶＨＦ電圧を制御する制御装置と、を有し、該パルスＤＣ電源から供給するパルスＤＣ電圧に該ＶＨＦ電圧を周期的に電圧を変化させて重畳して該マグネトロンカソードに電圧を印加するＶＨＦ重畳機構と、
を備え、
該ＶＨＦ重畳機構は、該ＶＨＦ電圧を連続的に供給しながら、該パルスＤＣ電圧が供給されない時にのみ該ＶＨＦ電圧が高くなるように該ＶＨＦ電圧を重畳し、
マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成することを特徴とするマグネトロンスパッタ成膜装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記パルスＤＣ電源の出力信号に基づいて前記ＶＨＦ電圧を供給する時期を決定する遅延パルス発生器と、
供給する該ＶＨＦ電圧の波形を決定する任意波形発生器と、
を有する請求項１に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。

【請求項3】

前記ＶＨＦ電圧の波形は矩形波である請求項１または請求項２に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。

【請求項4】

さらに、前記基材と前記ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを生成するためのマイクロ波プラズマ生成装置を備える請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。

【請求項5】

前記マイクロ波プラズマ生成装置は、
マイクロ波を伝送する第一導波管と、
磁性体からなる管壁部と、管内部を伝播する該マイクロ波が通過する複数のスロットが形成されたスロットアンテナと、管内部に少なくとも該スロットを覆うように配置される第二誘電体と、を有し一方向に延在する第二導波管と、該第二導波管の外側に配置され該スロットアンテナのプラズマ生成側の表面における該スロット位置に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が生じる磁場を形成する磁石と、を有するプラズマ生成部と、
該第一導波管と該第二導波管との間に介在し、管内部に該第二誘電体よりも屈折率が小さい第三誘電体を有する第三導波管と、
を備え、該スロットから該磁場中に伝播する該マイクロ波によりＥＣＲプラズマを生成する請求項４に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、平滑な薄膜を形成することができるマグネトロンスパッタ成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スパッタによる成膜方法としては、二極スパッタ法や、マグネトロンスパッタ法などがある。例えば、高周波（ＲＦ）を利用した二極スパッタ法においては、成膜速度が遅い、ターゲットから飛び出した二次電子の照射で基材の温度が上昇しやすい、という問題がある。成膜速度が遅いため、ＲＦ二極スパッタ法は、量産には適さない。一方、マグネトロンスパッタ法によると、ターゲット表面に発生した磁場により、ターゲットから飛び出した二次電子が捕らえられる。このため、基材の温度が上昇しにくい。また、捕らえた二次電子でガスのイオン化が促進されるため、成膜速度を速くすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１０８１１５号公報

【特許文献2】特開平１０−２６５９５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

マグネトロンスパッタ法のなかでは、ＤＣ（直流）電源（パルスＤＣ電源を含む）を使用したマグネトロンスパッタ法が、成膜速度が早いなどの理由から多用されている。しかし、ＤＣマグネトロンスパッタ法の場合、マグネトロンカソードに一定の高電圧を印加しないと、プラズマの生成や安定放電に不具合が生じる。このため、通常はマグネトロンカソードに数百ボルトの高電圧を印加する。印加電圧が高いと、マグネトロン放電で生成したイオンが、より加速されてターゲットに衝突する。これにより、ターゲットから、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子が飛び出す場合がある。粒子径の大きな粒子が基材に付着すると、形成された膜の表面に凹凸が生じてしまう。膜の表面の凹凸が大きい場合、凹部に酸素などが吸着しやすくなり、膜自身や、膜と接する相手材を劣化させるおそれがある。また、凸部により、相手材を劣化させるおそれがある。

【0005】

この点、特許文献１には、マイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によりプラズマを生成するＥＣＲプラズマ生成装置を備えるマグネトロンスパッタ成膜装置が記載されている。当該成膜装置によると、基材とターゲットとの間にＥＣＲプラズマを生成させながら、マグネトロンプラズマによりターゲットをスパッタして成膜を行う。ＥＣＲプラズマを生成することにより、カソードへの印加電圧を低下させることができる。これにより、ターゲットから粒子径の大きな粒子が飛び出すのを抑制して、形成する薄膜の表面の凹凸を小さくしている。しかしながら、当該成膜装置を用いても、薄膜表面の凹凸の低減効果は充分とはいえない。また、特許文献２には、８０〜１２０ＭＨｚのＶＨＦ高周波電圧をＤＣ電圧に重畳した電圧をターゲットに印加して、スパッタを行う方法が記載されている。特許文献２に記載された方法においては、ＶＨＦ高周波電圧を一定の電圧で連続的にＤＣ電圧に重畳している。この方法においても、薄膜表面の凹凸の低減効果は充分とはいえず、薄膜のさらなる平滑化が要求される。

【0006】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、表面の凹凸が小さい薄膜を形成することができるマグネトロンスパッタ成膜装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置は、基材と、該基材に対向して配置されるターゲットと、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段と、を有するマグネトロンカソードと、パルスＤＣ電源と、ＶＨＦ電源と、該ＶＨＦ電源により供給するＶＨＦ電圧を制御する制御装置と、を有し、該パルスＤＣ電源から供給するパルスＤＣ電圧に該ＶＨＦ電圧を周期的に電圧を変化させて重畳して該マグネトロンカソードに電圧を印加するＶＨＦ重畳機構と、を備え、マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

パルスＤＣ電源のみを用いた場合には、放電初期に電圧が突出して高くなるオーバーシュート電圧変動が生じる。このオーバーシュート電圧は、ターゲットから粒子径の大きな粒子が発生する一因になる。この点、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、ＶＨＦ重畳機構によりマグネトロンカソードに電圧を印加する。ＶＨＦ重畳機構は、パルスＤＣ電圧にＶＨＦ電圧を周期的に電圧を変化させて重畳する。例えば、パルスＤＣ電圧の供給開始時（供給開始〜１０μｓ程度の間）にＶＨＦ電圧を重畳させると、オーバーシュート電圧変動を低減することができる。これにより、マグネトロン放電で生成したイオンの加速が抑制され、粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しを抑制することができる。このように、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、パルスＤＣ電圧にＶＨＦ電圧を周期的に電圧を変化させて重畳し、マグネトロンカソードへの印加電圧を制御することにより、表面の凹凸が少ない平滑な薄膜を形成することができる。

【0009】

「ＶＨＦ電圧を周期的に電圧を変化させて重畳」するとは、ＶＨＦ電圧の上げ下げを周期的に繰り返してＶＨＦ電圧を重畳することを意味する。具体的には、電圧を０から所定値に上げた後０に戻す、すなわち電圧の供給と停止とを繰り返す態様や、ベース電圧からより高い電圧に上げた後ベース電圧に戻すというサイクルを繰り返す態様、などが挙げられる。前者はＶＨＦ電圧が間欠的に供給される態様であり、後者は常時供給されるＶＨＦ電圧が間欠的に高くなる態様である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図である。

【図2】同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図である。

【図3】マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。

【図4】第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図である。

【図5】同マグネトロンスパッタ成膜装置を上方から見た断面図である。

【図6】同マグネトロンスパッタ成膜装置におけるマイクロ波プラズマ生成装置の前面図である。

【図7】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。

【図8】実施例１のスパッタ膜の製造において、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。

【図9】実施例２のスパッタ膜の製造において、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。

【図10】実施例３のスパッタ膜の製造において、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。

【図11】比較例２のスパッタ膜の製造において、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。

【図12】実施例４のＩＴＯ膜の表面のＳＰＭ写真である。

【図13】実施例５のＩＴＯ膜の表面のＳＰＭ写真である。

【図14】比較例１のＩＴＯ膜の表面のＳＰＭ写真である。

【図15】比較例２のＩＴＯ膜の表面のＳＰＭ写真である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置の実施の形態について説明する。

【0012】

＜第一実施形態＞
［マグネトロンスパッタ成膜装置］
まず、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の構成について説明する。図１に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図を示す。図２に、同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図を示す。

【0013】

図１、図２に示すように、マグネトロンスパッタ成膜装置１は、真空容器８と、基材１０と、基材支持部材１１と、マグネトロンカソード１２と、ＶＨＦ重畳機構２と、を備えている。

【0014】

真空容器８は、アルミ鋼製であって、直方体箱状を呈している。真空容器８の左壁には、ガス供給孔８０が穿設されている。ガス供給孔８０には、アルゴン（Ａｒ）などのガスを真空容器８内に供給するためのガス供給管（図略）の下流端が接続されている。真空容器８の下壁には、排気孔８１が穿設されている。排気孔８１には、真空容器８の内部のガスを排出するための真空排気装置（図略）が接続されている。

【0015】

基材支持部材１１は、テーブル部１１０と一対の脚部１１１とを有する。テーブル部１１０は、ステンレス鋼製であって、中空の長方形板状を呈している。テーブル部１１０の内部には、冷却液が充填されている。テーブル部１１０は、冷却液が循環することにより、冷却されている。一対の脚部１１１は、テーブル部１１０の上面に、左右方向に離間して配置されている。一対の脚部１１１は、各々、ステンレス鋼製であって、円柱状を呈している。一対の脚部１１１の外周面は、絶縁層で被覆されている。テーブル部１１０は、一対の脚部１１１を介して、真空容器８の上壁に取り付けられている。

【0016】

基材１０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムであり、長方形状を呈している。基材１０は、テーブル部１１０の下面に貼り付けられている。

【0017】

マグネトロンカソード１２は、ターゲット１３と、バッキングプレート１４と、永久磁石１５ａ〜１５ｃと、カソード本体１６と、を有している。カソード本体１６は、ステンレス鋼製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。カソード本体１６、ターゲット１３、およびバッキングプレート１４の周囲には、アースシールド１７が配置されている。カソード本体１６は、アースシールド１７を介して、真空容器８の下面に配置されている。カソード本体１６は、ＶＨＦ重畳機構２に接続されている。

【0018】

永久磁石１５ａ〜１５ｃは、カソード本体１６の内側に配置されている。永久磁石１５ａ〜１５ｃは、各々、長尺直方体状を呈している。永久磁石１５ａ〜１５ｃは、前後方向に離間して、互いに平行になるように配置されている。永久磁石１５ａおよび永久磁石１５ｃについては、上側がＮ極、下側がＳ極である。永久磁石１５ｂについては、上側がＳ極、下側がＮ極である。永久磁石１５ａ〜１５ｃにより、ターゲット１３の表面に磁場が形成される。永久磁石１５ａ〜１５ｃは、本発明における磁場形成手段に含まれる。

【0019】

バッキングプレート１４は、銅製であって、長方形板状を呈している。バッキングプレート１４は、カソード本体１６の上部開口を覆うように配置されている。

【0020】

ターゲット１３は、酸化インジウム−酸化錫の複合酸化物（ＩＴＯ）であり、長方形薄板状を呈している。ターゲット１３は、バッキングプレート１４の上面に配置されている。ターゲット１３は、基材１０と対向して配置されている。

【0021】

ＶＨＦ重畳機構２は、パルスＤＣ電源２０と、ＶＨＦ電源２１と、遅延パルス発生器２２と、任意波形発生器２３と、ＶＨＦカットフィルタ２４と、整合器２５と、を有している。遅延パルス発生器２２は、パルスＤＣ電源２０に接続されており、パルスＤＣ電源２０の出力信号に基づいてＶＨＦ電圧を供給する時期を決定している。任意波形発生器２３は、遅延パルス発生器２２とＶＨＦ電源２１との間に接続されており、供給するＶＨＦ電圧の波形（ＶＨＦ波の形状、周波数、幅など）を決定している。ＶＨＦ電源２１は、整合器２５に接続されている。パルスＤＣ電源２０は、ＶＨＦカットフィルタ２４を介して整合器２５に接続されている。整合器２５は、カソード本体１６に接続されている。遅延パルス発生器２２および任意波形発生器２３は、本発明における制御装置に含まれる。

【0022】

［スパッタ膜の製造方法］
次に、マグネトロンスパッタ成膜装置１を用いたスパッタ膜の製造方法について説明する。本実施形態のスパッタ膜の製造方法においては、まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排気孔８１から排出し、真空容器８の内部を減圧状態にする。次に、ガス供給管から、アルゴンガスと微量の酸素ガスとを真空容器８内へ供給して、真空容器８内の圧力を０．４Ｐａにする。次に、ＶＨＦ重畳機構２を作動させ、パルスＤＣ電圧にＶＨＦ電圧を重畳してカソード本体１６に電圧を印加する。すると、ターゲット１３の上面にマグネトロン放電が生じる。これによりアルゴンガスが電離して、ターゲット１３の上方にマグネトロンプラズマＰ１が生成される。マグネトロンプラズマＰ１（アルゴンイオン）によりターゲット１３をスパッタし、ターゲット１３からスパッタ粒子を叩き出す。ターゲット１３から飛び出したスパッタ粒子は、基材１０に向かって飛散して、基材１０の下面に付着する。このようにして、基材１０の下面にＩＴＯ膜が形成される。

【0023】

パルスＤＣ電圧に対するＶＨＦ電圧の重畳は、ＶＨＦ電圧の供給、停止を周期的に繰り返すオン／オフパターンで行った。図３に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図３に示すように、パルスＤＣ電圧およびＶＨＦ電圧は、いずれも所定時間ごとに繰り返される矩形波にて供給されている。ＶＨＦ波の周期は、パルスＤＣ波の周期とは異なっている。まず、パルスＤＣ電圧の供給開始時にＶＨＦ電圧を供給したら、直ぐに一旦停止する。その後、ＶＨＦ電圧を所定時間供給して停止するというサイクルを繰り返す。ＶＨＦ電圧を供給する時期は、パルスＤＣ電圧が供給されない時と、次のパルスＤＣ電圧の供給開始時と、の両方を含む。換言すると、パルスＤＣ電圧が供給されている時間の途中に、ＶＨＦ電圧の停止時期が設けられている。パルスＤＣ電圧が供給されている時に、ＶＨＦ電圧の供給と停止との両方が行われている。

【0024】

［作用効果］
次に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の作用効果について説明する。本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１においては、ＶＨＦ重畳機構２によりマグネトロンカソード１２に電圧を印加する。ＶＨＦ重畳機構２は、ＶＨＦ電圧を供給する時期を決定する遅延パルス発生器２２と、ＶＨＦ電圧の波形を決定する任意波形発生器２３と、を有している。これにより、ＶＨＦ重畳機構２は、ＶＨＦ電圧の供給、停止を周期的に繰り返して、少なくともパルスＤＣ電圧の供給開始時とパルスＤＣ電圧が供給されない時とに、ＶＨＦ電圧を重畳する。すなわち、本実施形態のスパッタ膜の製造方法においては、パルスＤＣ電圧にＶＨＦ電圧を間欠的に重畳させた電圧を、マグネトロンカソード１２に印加する。パルスＤＣ電圧の供給開始時にＶＨＦ電圧が重畳されると、オーバーシュート電圧変動が低減される。これにより、マグネトロン放電で生成したイオンの加速が抑制され、粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しを抑制することができる。したがって、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１によると、表面の凹凸が少ない平滑なＩＴＯ膜を形成することができる。

【0025】

＜第二実施形態＞
［マグネトロンスパッタ成膜装置］
本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置と、第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置と、の相違点は、基材とターゲットとの間にマイクロ波プラズマを生成するためのマイクロ波プラズマ生成装置を備える点である。したがって、ここでは相違点を中心に説明する。

【0026】

まず、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置におけるマイクロ波プラズマ生成装置の構成について説明する。図４に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図を示す。図５に、同マグネトロンスパッタ成膜装置を上方から見た断面図を示す。図６に、同マグネトロンスパッタ成膜装置におけるマイクロ波プラズマ生成装置の前面図を示す。図７に、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図を示す。図４中、図１と対応する部材については同じ符号で示す。

【0027】

図４に示すように、マグネトロンスパッタ成膜装置１は、真空容器８と、基材１０と、基材支持部材１１と、マグネトロンカソード１２と、ＶＨＦ重畳機構２と、マイクロ波プラズマ生成装置３と、を備えている。

【0028】

図５〜図７に示すように、マイクロ波プラズマ生成装置３は、上流側第一導波管３０Ｕと、下流側第一導波管３０Ｄと、プラズマ生成部３１と、上流側第三導波管３２Ｕと、下流側第三導波管３２Ｄと、を備えている。

【0029】

上流側第一導波管３０Ｕは、アルミニウム製であって、断面矩形の管状を呈している。上流側第一導波管３０Ｕは、上方から見てＬ字状を呈している。上流側第一導波管３０Ｕの上流端は、図示しないマイクロ波伝送部に接続されている。マイクロ波伝送部は、マイクロ波電源、マイクロ波発振器、アイソレータ、パワーモニタ、およびＥＨ整合器を備えている。上流側第一導波管３０Ｕの下流端は、上流側第三導波管３２Ｕに接続されている。

【0030】

下流側第一導波管３０Ｄは、アルミニウム製であって、断面矩形の管状を呈している。下流側第一導波管３０Ｄは、上方から見て、プラズマ生成部３１を挟んで上流側第一導波管３０Ｕと対称のＬ字状（逆Ｌ字状）を呈している。下流側第一導波管３０Ｄの上流端は、下流側第三導波管３２Ｄに接続されている。下流側第一導波管３０Ｄの下流側には、プランジャ３３が配置されている。プランジャ３３は、前後方向に移動可能であり、プランジャ３３の前面が下流側第一導波管３０Ｄの終端を形成している。

【0031】

真空容器８の後側の隔壁８２には、二つの導波管挿通孔８３Ｕ、８３Ｄが穿設されている。上流側第一導波管３０Ｕは、導波管挿通孔８３Ｕに挿通されている。下流側第一導波管３０Ｄは、導波管挿通孔８３Ｄに挿通されている。

【0032】

プラズマ生成部３１は、本体部３４と一対の磁石部３５ａ、３５ｂとを有している。本体部３４は、筐体４０と、第二導波管４１と、三つの冷却板４２と、を有している。筐体４０は、Ｎｉめっきが施された鉄製であり、直方体状を呈している。筐体４０は、凹部４００を有している。凹部４００は、断面が角Ｃ字状で左右方向に延在している。三つの冷却板４２は、各々、ステンレス鋼製であり、左右方向に延在している。三つ冷却板４２は、凹部４００の上方、下方、後方の三方に一つずつ配置されている。

【0033】

第二導波管４１は、凹部４００に配置され、左右方向に直線状に延在している。第二導波管４１は、管壁部４３と、スロットアンテナ４４と、第二誘電体４５と、を有している。管壁部４３は、Ｎｉめっきが施された鉄製である。スロットアンテナ４４は、鉄製であり、矩形板状を呈している。スロットアンテナ４４は、第二導波管４１のＨ面に配置されている。スロットアンテナ４４は、第二導波管４１の前壁を形成している。スロットアンテナ４４には、前後方向に貫通するスロット４４０が複数個形成されている。複数のスロット４４０は、各々、左右方向に伸びる長孔状を呈し、上下二列に配置されている。スロット４４０は、マイクロ波の定在波の腹の位置に対応して配置されている。管壁部４３とスロットアンテナ４４とにより、断面矩形状の空間が形成されている。第二誘電体４５は、当該空間に充填されている。第二誘電体４５は、アルミナ製であって、直方体状を呈している。第二誘電体４５は、スロット４４０を後方から覆っている。

【0034】

一対の磁石部３５ａ、３５ｂは、本体部３４の前面に、スロットアンテナ４４を挟むようにして上下に一つずつ配置されている。上方の磁石部３５ａは、左右方向に直線状に延在している。磁石部３５ａは、永久磁石５０ａと二つの冷却パイプ５１ａ、５２ａとを有している。永久磁石５０ａは、左右方向に直線状に連結された十個の永久磁石から構成されている。十個の永久磁石は、各々、サマリウムコバルト磁石であり、直方体状を呈している。十個の永久磁石の下側はＮ極、上側はＳ極である。永久磁石５０ａのＮ−Ｓ方向は、スロットアンテナ４４の前面に対して平行である。永久磁石５０ａの下面は、アルミニウム製のカバー部材５３ａで覆われている。冷却パイプ５１ａ、５２ａは、前後方向において永久磁石５０ａを挟むように配置されている。冷却パイプ５１ａ、５２ａ内には、冷却液が流れている。下方の磁石部３５ｂの構成は、磁石部３５ａの構成と同じである。すなわち、磁石部３５ｂは、左右方向に直線状に延在し、永久磁石５０ｂと二つの冷却パイプ５１ｂ、５２ｂとを有している。永久磁石５０ｂは、直線状に連結された十個の永久磁石から構成されている。十個の永久磁石の上側はＮ極、下側はＳ極である。永久磁石５０ｂのＮ−Ｓ方向は、スロットアンテナ４４の前面に対して平行である。永久磁石５０ｂの上面は、アルミニウム製のカバー部材５３ｂで覆われている。冷却パイプ５１ｂ、５２ｂは、前後方向において永久磁石５０ｂを挟むように配置されている。冷却パイプ５１ａ、５２ｂ内には、冷却液が流れている。

【0035】

永久磁石５０ａ、５０ｂにより、スロットアンテナ４４の前面（プラズマ生成側の表面）には磁場が形成されている。スロット４４０位置において、スロットアンテナ４４の前面から前方に１０ｍｍ離間した地点の磁束密度は、８７．５ｍＴである。

【0036】

上流側第三導波管３２Ｕは、アルミニウム製であって、断面矩形の短い管状を呈している。上流側第三導波管３２Ｕは、上流側第一導波管３０Ｕとプラズマ生成部３１との間に配置されている。上流側第三導波管３２Ｕの上流端は、上流側第一導波管３０Ｕの下流端に接続されている。上流側第三導波管３２Ｕの下流端は、第二導波管４１の上流端に接続されている。上流側第三導波管３２Ｕの内部には、第三誘電体３６が充填されている。第三誘電体３６は、石英製であって、直方体状を呈している。第三誘電体３６の右端は、第二誘電体４５に接触している。第三誘電体３６（石英）の屈折率は、上流側第一導波管３０Ｕの内部（空気）の屈折率と第二誘電体４５（アルミナ）の屈折率との中間値である。

【0037】

下流側第三導波管３２Ｄは、アルミニウム製であって、断面矩形の短い管状を呈している。下流側第三導波管３２Ｄは、下流側第一導波管３０Ｄとプラズマ生成部３１との間に配置されている。下流側第三導波管３２Ｄの上流端は、第二導波管４１の下流端に接続されている。下流側第三導波管３２Ｄの下流端は、下流側第一導波管３０Ｄの上流端に接続されている。下流側第三導波管３２Ｄの構成は、上流側第三導波管３２Ｕの構成と同じである。すなわち、下流側第三導波管３２Ｄの内部には、第三誘電体３６が充填されている。第三誘電体３６の左端は、第二誘電体４５に接触している。図５、図６に示すように、上流側第三導波管３２Ｕから下流側第三導波管３２Ｄまでの区間Ｖの管内部は、真空になっている。上流側第三導波管３２Ｕの上流端および下流側第三導波管３２Ｄの下流端には、図示しないシール部材が配置されている。

【0038】

［スパッタ膜の製造方法］
次に、マグネトロンスパッタ成膜装置１を用いたスパッタ膜の製造方法について説明する。本実施形態のスパッタ膜の製造方法においては、まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排気孔８１から排出し、真空容器８の内部を減圧状態にする。次に、ガス供給管から、アルゴンガスと微量の酸素ガスとを真空容器８内へ供給して、真空容器８内の圧力を０．４Ｐａにする。

【0039】

続いて、マイクロ波伝送部のマイクロ波電源をオンにして、マイクロ波発振器から周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振する。発振されたマイクロ波は、図５中、白抜き矢印で示すように、上流側第一導波管３０Ｕを通って上流側第三導波管３２Ｕ内を伝播する。上流側第三導波管３２Ｕの内部には、石英製の第三誘電体３６が充填されている。このため、上流側第三導波管３２Ｕ内において、マイクロ波の波長は変換され短くなる。続いて、マイクロ波は、プラズマ生成部３１の第二導波管４１内を伝播する。第二導波管４１内には、アルミナ製の第二誘電体４５が充填されている。このため、第二導波管４１内において、マイクロ波の波長はさらに短くなる。第二導波管４１を通過したマイクロ波は、下流側第三導波管３２Ｄを通って下流側第一導波管３０Ｄに伝播する。

【0040】

第二導波管４１内において、マイクロ波は、スロットアンテナ４４のスロット４４０を通過して、スロットアンテナ４４の前面を伝播する。このマイクロ波の強電界により、真空容器８内のガスが電離して、スロットアンテナ４４の前方にマイクロ波プラズマが生成される。生成したマイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数に従って、磁力線方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波を励起する。電子サイクロトロン波の角周波数は、磁束密度８７．５ｍＴで、サイクロトロン角周波数に一致する。これにより、ＥＣＲが生じる。ＥＣＲによりエネルギーが増大した電子は、磁力線に拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ＥＣＲにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、スロットアンテナ４４の前方に、ＥＣＲプラズマＰ２が生成される。

【0041】

次に、ＶＨＦ重畳機構２を作動させ、パルスＤＣ電圧にＶＨＦ電圧を重畳してカソード本体１６に電圧を印加する。すると、ターゲット１３の上面にマグネトロン放電が生じる。これによりアルゴンガスが電離して、ターゲット１３の上方にマグネトロンプラズマＰ１が生成される。マグネトロンプラズマＰ１（アルゴンイオン）によりターゲット１３をスパッタし、ターゲット１３からスパッタ粒子を叩き出す。ターゲット１３から飛び出したスパッタ粒子は、基材１０に向かって飛散して、基材１０の下面に付着する。ここで、基材１０とターゲット１３との間（マグネトロンプラズマＰ１生成領域を含む）には、ＥＣＲプラズマＰ２が生成される。よって、スパッタ粒子にはＥＣＲプラズマＰ２が照射される。このようにして、基材１０の下面にＩＴＯ膜が形成される。パルスＤＣ電圧に対するＶＨＦ電圧の重畳は、第一実施形態と同様のオン／オフパターンで行った（前出の図３参照）。

【0042】

［作用効果］
次に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の作用効果について説明する。本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置と第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置とは、構成が共通する部分に関しては同様の作用効果を有する。また、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１によると、基材１０とターゲット１３との間にＥＣＲプラズマＰ２を生成することにより、マグネトロンカソード１２への印加電圧を低くしても、マグネトロンプラズマＰ１を安定に維持することができる。これにより、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子のターゲット１３からの飛び出しを、より抑制することができる。その結果、スパッタ粒子の粒子径のばらつきが抑制され、形成される薄膜の表面の凹凸を、より小さくすることができる。また、ＥＣＲプラズマＰ２を照射すると、スパッタ粒子が微細化される。このため、よりきめ細やかな薄膜を形成することができる。

【0043】

マイクロ波プラズマ生成装置３においては、第二導波管４１の内部に第二誘電体４５が配置されている。これにより、第二導波管４１内を伝播するマイクロ波の波長は、上流側第一導波管３０Ｕ内を伝播する時の波長よりも短くなる。これにより、スロットアンテナ４４に多数のスロット４４０を形成することができるため、スロットアンテナ４４の前面全体の電界強度が大きくなる。また、上流側第一導波管３０Ｕと第二導波管４１との間には、上流側第三導波管３２Ｕが介在している。上流側第三導波管３２Ｕ内の第三誘電体３６の屈折率は、第二誘電体４５の屈折率よりも小さい。よって、上流側第一導波管３０Ｕから伝送されるマイクロ波は、一旦、上流側第三導波管３２Ｕにおいて波長が変換された後に、第二導波管４１へ伝送される。波長の変換を二段階で行うことにより、上流側第一導波管３０Ｕから第二導波管４１へ直接マイクロ波を伝送する場合と比較して、第二導波管４１へ入射する際のマイクロ波の反射を抑制することができる。これにより、マイクロ波のエネルギーが低下するのを抑制することができる。

【0044】

このように、マイクロ波プラズマ生成装置３においては、スロットアンテナ４４の前面の電界強度が大きいため、長尺状の第二導波管４１により、長手方向に略均一なマイクロ波を放射することができる。また、第二導波管４１の短手方向の断面積を小さくして、第二導波管４１を小型化することができる。すなわち、プラズマ生成部３１を小型化することができる。これにより、基材１０およびマグネトロンカソード１２との干渉が抑制される。

【0045】

プラズマ生成部３１は、スロットアンテナ４４を挟んで配置される一対の永久磁石５０ａ、５０ｂを有している。これにより、スロットアンテナ４４の前面に磁場を形成して、ＥＣＲプラズマＰ２を生成することができる。このため、マイクロ波プラズマ生成装置３によると、１Ｐａ以下の低圧下、さらには０．５Ｐａ以下の極低圧下においても、安定したＥＣＲプラズマＰ２を生成することができる。また、予め数十〜１００Ｐａ程度でプラズマを生成させておく必要はなく、真空容器８内をスパッタを行う圧力にした状態でＥＣＲプラズマＰ２を生成させることができる。したがって、マイクロ波プラズマ生成装置３によると、真空容器８内の圧力を低くして、純度の高い処理を行うことができる。

【0046】

第二導波管４１の管壁部４３はＮｉめっきが施された鉄製であり、スロットアンテナ４４は鉄製である。すなわち、管壁部４３、スロットアンテナ４４はいずれも磁性体から形成されている。よって、図７中、点線矢印で示すように、永久磁石５０ａ−スロットアンテナ４４−管壁部４３、永久磁石５０ｂ−スロットアンテナ４４−管壁部４３により、磁気回路が形成される。これにより、磁力線が第二導波管４１の内部に侵入するのを抑制すると共に、スロットアンテナ４４の前面の磁場を強くすることができる。また、一対の永久磁石５０ａ、５０ｂは、Ｎ極が対向するように配置されており、かつ、Ｎ−Ｓ方向が上下方向に、換言するとスロットアンテナ４４の面方向と平行に配置されている。これにより、第二導波管４１の内部に対する磁場の影響を少なくしつつ、スロットアンテナ４４の前面の磁場を強くすることができる。また、管壁部４３は、表面の導電性が高く磁気回路が形成されやすいと共に、防食性に優れる。

【0047】

永久磁石５０ａの厚さ方向両側には、冷却パイプ５１ａ、５２ａが配置されている。永久磁石５０ｂの厚さ方向両側には、冷却パイプ５１ｂ、５２ｂが配置されている。これにより、永久磁石５０ａ、５０ｂの温度上昇が抑制され、磁性の低下を抑制することができる。また、第二導波管４１の周囲にも、冷却板４２が配置されている。これにより、第二導波管４１の内部の温度上昇が抑制される。

【0048】

永久磁石５０ａにおいて、スロットアンテナ４４に近い後面は冷却パイプ５１ａに接しており、下面はカバー部材５３ａで覆われている。永久磁石５０ｂにおいて、スロットアンテナ４４に近い後面は冷却パイプ５１ｂに接しており、上面はカバー部材５３ｂで覆われている。このようにして、生成するＥＣＲプラズマＰ２に対して永久磁石５０ａ、５０ｂを保護している。

【0049】

マイクロ波プラズマ生成装置３においては、第二導波管４１の下流側にも導波管（下流側第三導波管３２Ｄ、下流側第一導波管３０Ｄ）が接続されている。下流側第一導波管３０Ｄは、終端位置を調整するためのプランジャ３３を有している。プランジャ３３を前後方向に移動させ、下流側第一導波管３０Ｄの長さを調整することにより、スロット４４０位置の電界強度を調整することができる。これにより、スロット４４０からマイクロ波が伝播しやすくなり、安定したプラズマを生成することができる。また、上流側第三導波管３２Ｕから下流側第三導波管３２Ｄまでの区間Ｖの管内部は真空である。これにより、第二導波管４１を構成する部材間（スロットアンテナ４４と第二誘電体４５との間、スロットアンテナ４４と管壁部４３との間など）や、第二導波管４１と上流側第三導波管３２Ｕ、下流側第三導波管３２Ｄとの間で真空シールを行う必要はなく、真空シールの熱対策も不要である。

【0050】

上流側第一導波管３０Ｕと下流側第一導波管３０Ｄとは、上方から見て、第二導波管４１を挟んで対称なＬ字状に配置されている。このため、上流側第一導波管３０Ｕおよび下流側第一導波管３０Ｄを真空容器８の隔壁８２に貫通させて、マイクロ波プラズマ生成装置３を真空容器８に取り付けることができる。これにより、上流側第一導波管３０Ｕ、プラズマ生成部３１、下流側第一導波管３０Ｄを直線状に配置する形態と比較して、取り付けが容易になり、省スペース化を図ることができる。また、上流側第一導波管３０Ｕ、上流側第三導波管３２Ｕ、プラズマ生成部３１、下流側第三導波管３２Ｄ、下流側第一導波管３０Ｄ、および隔壁８２をユニット化しておくと、マグネトロンスパッタ成膜装置１への組み込みが容易になる。

【0051】

＜その他の形態＞
以上、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

【0052】

上記実施形態においては、パルスＤＣ電圧に対するＶＨＦ電圧の重畳を、ＶＨＦ電圧の供給、停止を周期的に繰り返すオン／オフパターンで行った。しかし、ＶＨＦ電圧の重畳の仕方は、ＶＨＦ電圧が周期的に変化していれば特に限定されない。

【0053】

オン／オフパターンとしては、パルスＤＣ電圧が供給されている時に、ＶＨＦ電圧の供給と停止との少なくとも一方を行う態様が挙げられる。例えば、上記実施形態のように、パルスＤＣ電圧が供給されている時間の途中にＶＨＦ電圧の停止時期を設ける態様の他、パルスＤＣ電圧の供給開始時にのみＶＨＦ電圧を供給する態様、パルスＤＣ電圧が供給されない時（パルスＤＣ電圧の停止時）にのみＶＨＦ電圧を供給する態様、パルスＤＣ電圧の供給開始時およびパルスＤＣ電圧が供給されない時の両方にのみＶＨＦ電圧を供給する態様、パルスＤＣ電圧の停止直前時にのみＶＨＦ電圧を供給する態様、などが挙げられる。ここで、パルスＤＣ電圧の供給開始時とは、供給開始から１０μｓ程度の時期を意味する。パルスＤＣ電源をオフにしてパルスＤＣ電圧を停止すると、実際にパルスＤＣ電圧が０Ｖになるまでに若干のタイムラグが生じる。パルスＤＣ電圧の停止直前時とは、そのタイムラグに相当する時期を意味する。具体的には、パルスＤＣ電圧の停止直前時は、パルスＤＣ電圧が完全に０Ｖになる前の１μｓ程度の時期である。

【0054】

また、ＶＨＦ電圧を常時供給しながら、電圧を間欠的に高くするオフセットパターンでもよい。オフセットパターンの場合には、パルスＤＣ電圧が供給されない時に電圧を高くすることが望ましい。ＶＨＦ電圧の重畳パターンのいくつかについては、後の実施例に示す。また、ＶＨＦ電圧の波形は、正弦波、矩形波など特に限定されない。使用するＶＨＦの周波数帯は特に限定されないが、例えば３０ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ以下の周波数帯を用いるとよい。

【0055】

ＶＨＦ重畳機構の構成は、上記実施形態に限定されない。ＶＨＦ電源により供給するＶＨＦ電圧を制御する制御装置として、遅延パルス発生器、任意波形発生器に代えて、あるいはこれらに加えて他の装置を使用してもよい。

【0056】

マグネトロンカソードのバッキングプレートおよびカソード本体の材質や形状については、特に限定されない。例えば、バッキングプレートには、非磁性の導電性材料を用いればよい。なかでも、導電性および熱伝導性が高い銅などの金属材料が望ましい。カソード本体には、ステンレス鋼の他、アルミニウムなどの金属を用いることができる。また、ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段の構成は、上記実施形態に限定されない。磁場形成手段として永久磁石を用いる場合、永久磁石の種類や配置形態については、適宜決定すればよい。例えば、各々の永久磁石のＮ極とＳ極とが、上記実施形態と逆でもよい。真空容器の材質や形状についても、特に限定されない。例えば、真空容器は金属材料で形成されていればよい。溶接、切削などの加工性、耐食性、経済性の観点から、上記実施形態におけるアルミ鋼や、ステンレス鋼、アルミニウムなどが望ましい。

【0057】

上記実施形態では、ターゲットとしてＩＴＯを使用した。しかし、ターゲットの材料は、特に限定されるものではなく、形成する薄膜の種類に応じて適宜決定すればよい。同様に、薄膜が形成される基材についても、用途に応じて適宜選択すればよい。

【0058】

上記実施形態においては、０．４Ｐａの圧力下で成膜を行った。しかし、成膜処理の圧力は、当該圧力に限定されない。成膜処理は、適宜最適な圧力下で行えばよい。好適な圧力は、０．１Ｐａ以上４Ｐａ以下である。４Ｐａ以下の高真空状態にすることにより、不純物の混入が抑制され、処理の純度を高めることができる。また、第二実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置は、０．０５Ｐａ以上２０Ｐａ以下の低圧下においてＥＣＲプラズマを生成することができる。真空容器内に供給するガスは、処理に応じて適宜決定すればよい。例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などの希ガス、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）、水素（Ｈ_２）などが挙げられる。供給するガスは、一種でも二種以上でもよい。

【0059】

第一実施形態のように、マグネトロンスパッタ成膜装置は、基材とターゲットとの間にマイクロ波プラズマを生成するためのマイクロ波プラズマ生成装置を備えていなくてもよい。マイクロ波プラズマ生成装置を配置する場合、その構成は特に限定されない。第二実施形態で使用したマイクロ波プラズマ生成装置の他、マイクロ波を伝送する矩形導波管と、該矩形導波管の一面に配置されマイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、該スロットを通過したマイクロ波が入射する誘電体部と、を備える装置（例えば、特開２０１２−２３４６４３号公報参照）、当該装置において、さらに、誘電体部の表面に磁場を形成するための永久磁石を配置した装置（例えば、特開２０１３−１０８１１５号公報参照）などが挙げられる。

【0060】

第二実施形態で使用したマイクロ波プラズマ生成装置において、第一導波管、プラズマ生成部、第三導波管の大きさは特に限定されない。また、第二実施形態では、第二導波管の下流側にも下流側第三導波管および下流側第一導波管を配置した。しかし、第二導波管の下流側の導波管は、必ずしも必要ではない。例えば、マイクロ波プラズマ生成装置を、上流側第一導波管、上流側第三導波管、およびプラズマ生成部により構成してもよい。この場合、第二導波管の終端を金属製の壁にすればよい。また、第二実施形態においては、上流側第一導波管および下流側第一導波管を上方から見てＬ字状に配置した。しかし、上流側第一導波管および下流側第一導波管の配置形態は、特に限定されない。例えば、上流側第一導波管および下流側第一導波管の少なくとも一方とプラズマ生成部とを直線状に配置してもよい。また、上流側第一導波管および下流側第一導波管の少なくとも一方を傾斜させて配置してもよい。この場合、傾斜角度は特に限定されない。下流側第一導波管を配置する場合、下流側第一導波管はプランジャなどの終端調整部材を有さなくてもよい。すなわち、下流側第一導波管の終端は固定端でもよい。

【0061】

第二実施形態においては、第二導波管（管壁部）の材質として、Ｎｉめっきが施された鉄を採用した。しかし、第二導波管の材質は磁性体であればよく、その種類は特に限定されない。磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル、ステンレス鋼、およびこれらを用いた合金類が好適である。第二実施形態においては、鉄製のスロットアンテナを採用した。しかし、スロットアンテナの材質は、金属であればよく、鉄の他、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮などでも構わない。

【0062】

スロットアンテナのプラズマ生成側の表面に磁場を形成する磁石は、ＥＣＲを発生させることができれば、その形状、種類、個数、配置形態等は特に限定されない。例えば、永久磁石ではなく、電磁石を用いてもよい。磁石は、スロットが形成された位置において、スロットアンテナの表面から垂直方向に１０ｍｍ離間した地点における磁束密度Ｂ［ｍＴ］がＢ≧ｆ／２８（ｆはマイクロ波の周波数［ＭＨｚ］）となるように、配置されることが望ましい。第二実施形態においては、スロットアンテナの長手方向に沿ってスロットアンテナの両側に磁石を配置した。しかし、スロットアンテナの片側にのみ磁石を配置してもよい。スロットアンテナの両側に磁石を配置する場合、同じ磁極が対向するように配置するとよい。こうすることにより、第二導波管の内部に対する磁場の影響を少なくしつつ、スロットアンテナの表面の磁場を強くすることができる。第二実施形態においては、一対の永久磁石をＮ極同士が対向するように配置したが、Ｓ極同士が対向するように配置してもよい。

【0063】

第二実施形態においては、永久磁石の温度上昇を抑制するために、永久磁石の近傍に冷却パイプを配置した。しかし、永久磁石の冷却手段の構成、数、配置形態などは、特に限定されない。例えば、冷却パイプの代わりに、あるいは冷却パイプと組み合わせて、冷却板などを配置してもよい。また、第二実施形態においては、第二導波管の内部の温度上昇を抑制するために、第二導波管の周囲に冷却板を配置した。しかし、第二導波管の冷却手段は必ずしも必要ではない。第二導波管の冷却手段を配置する場合、その構成、数、配置形態などは特に限定されない。

【0064】

スロットアンテナに形成されるスロットの数、形状、配置などは、特に限定されない。スロットの配列は、一列でも、二列以上でもよい。スロットの数は、奇数個でも偶数個でもよい。また、スロットの配置角度を変えて、ジグザグ状に配置してもよい。

【0065】

第二誘電体、第三誘電体の材質については、特に限定されない。いずれについても、誘電率が低く、マイクロ波を吸収しにくい材料が望ましい。例えば、石英、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムなどが好適である。ここで、第三誘電体としては、屈折率が、第二誘電体の屈折率よりも小さいものを選択する。第三誘電体の屈折率は、第一導波管の内部の屈折率と第二誘電体の屈折率との間の値であることが望ましい。第二実施形態においては、第二導波管内の空間全体に第二誘電体を配置した。しかし、第二誘電体は、少なくともスロットを覆うように配置されていればよく、必ずしも内部空間の全体に配置される必要はない。

【0066】

第二実施形態においては、ＥＣＲプラズマの生成に、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いた。しかし、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚ帯に限定されるものではなく、３００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯であれば、いずれの周波数帯を用いてもよい。この範囲の周波数帯としては、例えば、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、９１５ＭＨｚなどが挙げられる。

【0067】

本発明は、スパッタ膜の製造方法としてもとらえることができる。すなわち、本発明は、基材と、該基材に対向して配置されるターゲットと、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段と、を有するマグネトロンカソードと、を備えるマグネトロンスパッタ成膜装置を用いて、マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するスパッタ膜の製造方法であって、パルスＤＣ電圧にＶＨＦ電圧を周期的に電圧を変化させて重畳した電圧を該マグネトロンカソードに印加することを特徴とするスパッタ膜の製造方法として、とらえることができる。当該スパッタ膜の製造方法によると、粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しが抑制されるため、表面の凹凸が少ない平滑な薄膜を形成することができる。また、当該スパッタ膜の製造方法においても、例えば、基材とターゲットとの間にマイクロ波プラズマを生成させながらスパッタを行うなど、上述した好適な態様を採用することが望ましい。

【実施例】

【0068】

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

【0069】

＜スパッタ膜の製造＞
上記第一実施形態または第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置を用い、ＶＨＦ電圧の重畳パターンを変更してＩＴＯ膜を形成した。以下に記載する成膜工程における部材の符号は、前出の図１または図４に対応している。

【0070】

［実施例１］
第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１（図１）において、まず、真空容器８の内部のガスを排気孔８１から排出し、真空容器８の内部圧力を８×１０^−３Ｐａとした。続いて、アルゴンガスと微量の酸素ガスとを真空容器８内へ供給し、真空容器８の内部圧力を０．４Ｐａとした。次に、ＶＨＦ重畳機構２を作動させ、パルスＤＣ電圧にＶＨＦ電圧を重畳してカソード本体１６に電圧を印加した。生成したマグネトロンプラズマＰ１によりターゲット１３をスパッタして、基材１０（ＰＥＴフィルム）の表面にＩＴＯ膜を形成した。

【0071】

ＶＨＦ重畳機構２におけるパルスＤＣ電源２０（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ社製「Ｐｉｎｎａｃｌｅ（登録商標） Ｐｌｕｓ＋」）の設定条件は、出力：１５００Ｗ、周波数：１００ｋＨｚ、パルス幅：６．５μｓとした。使用したＶＨＦの周波数は４０ＭＨｚであり、ＶＨＦ電源２１（日本高周波（株）製「ＨＦＳ−０４０−０５０−ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」）の設定条件は、投入電力：１０００Ｗ、矩形波モードとした。遅延パルス発生器２２（ＳＴＡＮＦＯＲＤ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＳＹＳＴＥＭＳ社製「ＤＩＧＩＴＡＬ ＤＥＬＡＹ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＤＧ６４５」）の遅延時間は、４μｓとした。任意波形発生器２３（（株）エヌエフ回路設計ブロック製「ＭＵＬＴＩＦＵＮＣＴＩＯＮ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＷＦ１９７３」）の設定条件は、バーストモード、出力波形：矩形波、周波数：３００ｋＨｚ、オフセット：０Ｖ、フェイズ：−１度、パルス幅：５０％とした。

【0072】

パルスＤＣ電圧に対するＶＨＦ電圧の重畳は、パルスＤＣ電圧の供給開始時にのみＶＨＦ電圧を供給するオン／オフパターンで行った。図８に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図８に示すように、ＶＨＦ電圧を、パルスＤＣ電圧の供給開始時にのみ供給し、それ以外は停止した。すなわち、パルスＤＣ電圧が供給されている時に、ＶＨＦ電圧の供給と停止との両方を行った。

【0073】

［実施例２］
ＶＨＦ電圧の重畳パターンを変更した以外は、実施例１と同様にして、基材１０の表面にＩＴＯ膜を形成した。パルスＤＣ電圧に対するＶＨＦ電圧の重畳は、パルスＤＣ電圧が供給されない時にのみＶＨＦ電圧を供給するオン／オフパターンで行った。図９に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図９に示すように、ＶＨＦ電圧を、パルスＤＣ電圧が供給されない時にのみ供給し、それ以外は停止した。すなわち、パルスＤＣ電圧が供給されている時に、ＶＨＦ電圧を停止した。

【0074】

［実施例３］
ＶＨＦ電圧の重畳パターンを変更した以外は、実施例１と同様にして、基材１０の表面にＩＴＯ膜を形成した。パルスＤＣ電圧に対するＶＨＦ電圧の重畳は、ＶＨＦ電圧を常時供給しながら、電圧を間欠的に高くするオフセットパターンで行った。この場合、任意波形発生器２３の設定条件のうち、オフセットを４Ｖとした。図１０に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図１０に示すように、一定のＶＨＦ電圧（４Ｖ）を常に供給しながら、パルスＤＣ電圧が供給されない時にのみ電圧を高くした。

【0075】

［実施例４］
ＶＨＦ電圧の重畳パターンを変更した以外は、実施例１と同様にして、基材１０の表面にＩＴＯ膜を形成した。パルスＤＣ電圧に対するＶＨＦ電圧の重畳は、上記第一実施形態と同様のオン／オフパターンで行った（前出の図３参照）。すなわち、まずパルスＤＣ電圧の供給開始時にＶＨＦ電圧を供給した後、一旦停止して、その後は所定時間供給して停止するというサイクルを繰り返した。ＶＨＦ電圧を供給する時期は、パルスＤＣ電圧が供給されない時と、次のパルスＤＣ電圧の供給開始時と、の両方を含む。換言すると、パルスＤＣ電圧が供給されている時間のうちの途中の一部を除いて、ＶＨＦ電圧を供給した。

【0076】

［実施例５］
第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１（図４）において、まず、真空容器８の内部のガスを排気孔８１から排出し、真空容器８の内部圧力を８×１０^−３Ｐａとした。続いて、アルゴンガスを真空容器８内へ供給し、真空容器８の内部圧力を２５Ｐａとした。次に、マイクロ波電源をオンにして、発振された出力１０００Ｗのマイクロ波により、ＥＣＲプラズマＰ２を生成した。その後、直ちにアルゴンガスの流量を絞り、真空容器８の内部圧力を０．４Ｐａとした。そして、酸素ガスを真空容器８内へ微量供給した（真空容器８の内部圧力は０．４Ｐａ）。次に、ＶＨＦ重畳機構２を作動させ、パルスＤＣ電圧にＶＨＦ電圧を重畳してカソード本体１６に電圧を印加した。生成したマグネトロンプラズマＰ１によりターゲット１３をスパッタして、スパッタ粒子にＥＣＲプラズマＰ２を照射しながら、基材１０（ＰＥＴフィルム）の表面にＩＴＯ膜を形成した。

【0077】

ＶＨＦ重畳機構２におけるパルスＤＣ電源２０などの設定条件は、全て実施例１と同じである。また、ＶＨＦ電圧の重畳パターンは、第一実施形態（＝第二実施形態、実施例４）と同じである（前出の図３参照）。

【0078】

［比較例１］
第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１（図１）において、ＶＨＦ電圧をパルスＤＣ電圧に重畳させずに、すなわちパルスＤＣ電源２０のみによりカソード本体１６に電圧を印加して、マグネトロンプラズマＰ１を生成させた。ＶＨＦ電圧を重畳しない点以外は、実施例１と同様にして、基材１０の表面にＩＴＯ膜を形成した。

【0079】

［比較例２］
ＶＨＦ電圧の重畳パターンを変更した以外は、実施例１と同様にして、基材１０の表面にＩＴＯ膜を形成した。パルスＤＣ電圧に対するＶＨＦ電圧の重畳は、ＶＨＦ電源２１を連続モードにして、一定のＶＨＦ電圧を連続的に供給する方法で行った。図１１に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図１１に示すように、パルスＤＣ電圧の波形に関わらず、一定のＶＨＦ電圧を連続的に供給した。

【0080】

［参考例］
第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置１（図４）において、ＶＨＦ電圧をパルスＤＣ電圧に重畳させずに、すなわちパルスＤＣ電源２０のみによりカソード本体１６に電圧を印加して、マグネトロンプラズマＰ１を生成させた。ＶＨＦ電圧を重畳しない点以外は、実施例５と同様にして、基材１０の表面にＩＴＯ膜を形成した。

【0081】

＜スパッタ膜の評価＞
製造したＩＴＯ膜の表面粗さと、ＩＴＯの粒子径を測定した。表面粗さについては、算術平均粗さ（Ｒａ）および最大高さ（Ｒｚ）を、（株）島津製作所製の走査型プローブ顕微鏡「ＳＰＭ−９７００」を用いて測定した。粒子径としては、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）にて撮影されたＳＰＭ写真におけるＩＴＯ粒子の最大長さの平均値を採用した。表１に、製造したＩＴＯ膜のＲａ、Ｒｚ、粒子径を示す。また、実施例のＩＴＯ膜の例として、図１２に、実施例４のＩＴＯ膜の表面のＳＰＭ写真を示し、図１３に、実施例５のＩＴＯ膜の表面のＳＰＭ写真を示す。図１４に、比較例１のＩＴＯ膜の表面のＳＰＭ写真を示す。図１５に、比較例２のＩＴＯ膜の表面のＳＰＭ写真を示す。

【表1】

【0082】

表１に示すように、パルスＤＣ電圧にＶＨＦ電圧を重畳してスパッタした実施例１〜５のＩＴＯ膜においては、ＶＨＦ電圧を重畳しなかった比較例１のＩＴＯ膜と比較して、表面粗さ（Ｒａ、Ｒｚ）が小さくなり、ＩＴＯの粒子径も小さくなった。なかでも、ＥＣＲプラズマを照射して製造した実施例５のＩＴＯ膜においては、表面粗さおよび粒子径の両方が最も小さくなった。また、ＶＨＦ電圧の電圧を変えずに連続的に重畳した比較例２のＩＴＯ膜と比較すると、実施例１のＩＴＯ膜においてはＲｚが小さくなり、実施例２のＩＴＯ膜においてはＲｚおよび粒子径が小さくなり、実施例３〜５のＩＴＯ膜においては、Ｒａ、Ｒｚ、粒子径が全て小さくなった。ＥＣＲプラズマを照射して製造した実施例５と参考例とを比較すると、ＶＨＦ電圧を重畳した実施例５のＩＴＯ膜の方が、表面粗さ（Ｒａ、Ｒｚ）が小さくなり、ＩＴＯの粒子径も小さくなった。

【0083】

図１４、図１５に示すように、比較例１、２のＩＴＯ膜の表面には大粒子が見られるのに対して、図１２、図１３に示すように、実施例４、５のＩＴＯ膜の表面には大粒子は見られず、実施例４、５のＩＴＯ膜の表面は平滑であることがわかる。

【0084】

以上より、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置およびスパッタ膜の製造方法によると、表面の凹凸が少なく、膜質がきめ細やかで均一な薄膜を製造することができることが確認された。

【産業上の利用可能性】

【0085】

本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置は、例えば、タッチパネル、ディスプレイ、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明、太陽電池、電子ペーパーなどに用いられる透明導電膜などの形成に有用である。

【符号の説明】

【0086】

１：マグネトロンスパッタ成膜装置、１０：基材、１１：基材支持部材、１２：マグネトロンカソード、１３：ターゲット、１４：バッキングプレート、１５ａ〜１５ｃ：永久磁石（磁場形成手段）、１６：カソード本体、１７：アースシールド、１１０：テーブル部、１１１：脚部。
２：ＶＨＦ重畳機構、２０：パルスＤＣ電源、２１：ＶＨＦ電源、２２：遅延パルス発生器（制御装置）、２３：任意波形発生器（制御装置）、２４：ＶＨＦカットフィルタ、２５：整合器。
３：マイクロ波プラズマ生成装置、３０Ｕ：上流側第一導波管、３０Ｄ：下流側第一導波管、３１：プラズマ生成部、３２Ｕ：上流側第三導波管、３２Ｄ：下流側第三導波管、３３：プランジャ、３４：本体部、３５ａ、３５ｂ：磁石部、３６：第三誘電体、４０：筐体、４１：第二導波管、４２：冷却板、４３：管壁部、４４：スロットアンテナ、４５：第二誘電体、５０ａ、５０ｂ：永久磁石、５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ：冷却パイプ、５３ａ、５３ｂ：カバー部材、４００：凹部、４４０：スロット。
８：真空容器、８０：ガス供給孔、８１：排気孔、８２：隔壁、８３Ｕ、８３Ｄ：導波管挿通孔、Ｐ１：マグネトロンプラズマ、Ｐ２：ＥＣＲプラズマ、Ｖ：区間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】