(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-20
(45)【発行日】2024-06-28
(54)【発明の名称】マグネトロンスパッタ法による成膜装置および成膜方法
(51)【国際特許分類】
C23C 14/35 20060101AFI20240621BHJP
【ＦＩ】
C23C14/35 Z
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2024024254
(22)【出願日】2024-02-21
【審査請求日】2024-02-22
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000192567
【氏名又は名称】神港精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100168217
【弁理士】
【氏名又は名称】大村 和史
(72)【発明者】
【氏名】木野 寛之
(72)【発明者】
【氏名】寺山 暢之
【審査官】篠原 法子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０６６４８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０３１５０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１１４８７１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マグネトロンスパッタ法により被処理物に絶縁性被膜を形成する成膜装置であって、接地電位とされるとともに、内部に前記被処理物が収容される真空槽、
前記絶縁性被膜の材料となるターゲットを有し、当該ターゲットの概略矩形平面状の被スパッタ面が前記被処理物と対向するように前記真空槽の内部に設けられるマグネトロンスパッタカソード、
接地電位とされるとともに、前記マグネトロンスパッタカソードの被スパッタ領域を前記被スパッタ面に限定するために当該被スパッタ面を露出させた状態で当該マグネトロンスパッタカソードの外周を囲むように設けられるアースシールド、
前記真空槽の排気口を介して当該真空槽の内部を排気する真空ポンプを有する排気手段、
前記真空槽の内部に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段、
前記アースシールドを陽極とし、前記マグネトロンスパッタカソードを陰極として、前記不活性ガスの粒子を放電させるためのスパッタ電力を当該アースシールドと当該マグネトロンスパッタカソードとに供給するスパッタ電力供給手段、
前記真空槽の内部に前記絶縁性被膜の材料となる反応性ガスを導入する反応性ガス導入手段、
前記真空槽を陽極とし、前記被処理物を陰極として、前記不活性ガスの粒子と前記反応性ガスの粒子と前記被スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子とを当該被処理物へ向けて加速させるための所定成分が一定のバイアス電力を当該真空槽と当該被処理物とに供給するバイアス電力供給手段、
前記被スパッタ面と前記被処理物との間において当該被スパッタ面の長手方向に沿って延伸するように設けられる線状のカソードフィラメント、
前記カソードフィラメントを加熱して当該カソードフィラメントから熱電子を放出させるための加熱用電力を当該カソードフィラメントに供給する加熱用電力供給手段、
前記アースシールドを陽極とし、前記カソードフィラメントを陰極として、前記熱電子を当該アースシールドへ向けて加速させるためのアーク放電用電力を当該アースシールドと当該カソードフィラメントとに供給するアーク放電用電力供給手段、
前記アーク放電用電力の電圧成分が一定とされた状態で、当該アーク放電用電力の電流成分が一定となるように前記加熱用電力を制御する加熱用電力制御手段、および、
前記アースシールドの近傍において前記カソードフィラメントと平行を成すように設けられるとともに、接地電位または当該接地電位に対して正電位とされ、前記不活性ガスの粒子と前記反応性ガスの粒子と前記スパッタ粒子とが放電することにより発生するプラズマ中の電子の流入を受けて赤熱する線状のアノードフィラメントを備える、成膜装置。
【請求項2】
前記正電位の値は、０Ｖ超かつ３０Ｖ以下である、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項3】
前記カソードフィラメントおよび前記アノードフィラメントは、互いに同じ材料により形成される、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項4】
前記カソードフィラメントおよび前記アノードフィラメントのそれぞれは、鉛直方向に延伸するように設けられ、前記アノードフィラメントの上方側端部は、固定端として支持部材に固定され、当該アノードフィラメントの下方側端部は、自由端として垂下した状態とされる、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項5】
２本の前記アノードフィラメントを備え、前記カソードフィラメントは、前記被スパッタ面の短手方向における当該被スパッタ面の中央に対応する位置に設けられ、
前記２本のアノードフィラメントは、前記カソードフィラメントの軸線を含み、かつ、前記被スパッタ面と直交する、仮想平面に関して互いに面対称を成すように設けられる、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項6】
前記アースシールドは、前記被スパッタ面と概略面一の平面部を有し、前記２本のアノードフィラメントのそれぞれは、前記被スパッタ面の短手方向において自身に近い側の当該被スパッタ面の端縁に対応する位置または当該位置から当該被スパッタ面の外方へ１５ｍｍ以下の距離を置いた位置に設けられるとともに、前記アースシールドの前記平面部に垂直な方向において当該平面部から当該被スパッタ面が向けられた方向へ５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下の距離を置いた位置に設けられる、請求項５に記載の成膜装置。
【請求項7】
前記排気手段は、前記排気口における実効排気速度を制御するコンダクタンスバルブをさらに有し、前記真空槽の内部に導入される前記不活性ガスの流量が一定とされるとともに、前記スパッタ電力が一定とされ、併せて、前記コンダクタンスバルブにより前記実効排気速度が一定とされた状態で、前記真空槽の内部の圧力が一定となるように、当該真空槽の内部に導入される前記反応性ガスの流量を制御する反応性ガス流量制御手段をさらに備える、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項8】
前記マグネトロンスパッタカソード、前記アースシールド、前記スパッタ電力供給手段、前記カソードフィラメント、前記加熱用電力供給手段、前記アーク放電用電力供給手段、加熱用電力制御手段および前記アノードフィラメントを有するユニットを複数備える、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項9】
マグネトロンスパッタ法により被処理物に絶縁性被膜を形成する成膜方法であって、接地電位とされるとともに、前記絶縁性被膜の材料となるターゲットを有するマグネトロンスパッタカソードが設けられた、真空槽の内部に、前記被処理物を当該ターゲットの概略矩形平面状の被スパッタ面と対向するように設置する被処理物設置ステップ、
前記真空槽の排気口を介して当該真空槽の内部を真空ポンプにより排気する排気ステップ、
前記真空槽の内部に不活性ガスを導入する不活性ガス導入ステップ、
接地電位とされるとともに、前記マグネトロンスパッタカソードの被スパッタ領域を前記被スパッタ面に限定するために当該被スパッタ面を露出させた状態で当該マグネトロンスパッタカソードの外周を囲むように設けられた、アースシールドを陽極とし、前記マグネトロンスパッタカソードを陰極として、前記不活性ガスの粒子を放電させるためのスパッタ電力を当該アースシールドと当該マグネトロンスパッタカソードとに供給するスパッタ電力供給ステップ、
前記真空槽の内部に前記絶縁性被膜の材料となる反応性ガスを導入する反応性ガス導入ステップ、
前記真空槽を陽極とし、前記被処理物を陰極として、前記不活性ガスの粒子と前記反応性ガスの粒子と前記被スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子とを当該被処理物へ向けて加速させるための所定成分が一定のバイアス電力を当該真空槽と当該被処理物とに供給するバイアス電力供給ステップ、
前記被スパッタ面と前記被処理物との間において当該被スパッタ面の長手方向に沿って延伸するように設けられた線状のカソードフィラメントを加熱して当該カソードフィラメントから熱電子を放出させるための加熱用電力を当該カソードフィラメントに供給する加熱用電力供給ステップ、
前記アースシールドを陽極とし、前記カソードフィラメントを陰極として、前記熱電子を当該アースシールドへ向けて加速させるためのアーク放電用電力を当該アースシールドと当該カソードフィラメントとに供給するアーク放電用電力供給ステップ、
前記アーク放電用電力の電圧成分が一定とされた状態で、当該アーク放電用電力の電流成分が一定となるように前記加熱用電力を制御する加熱用電力制御ステップ、および、
前記アースシールドの近傍において前記カソードフィラメントと平行を成すように設けられるとともに、接地電位または当該接地電位に対して正電位とされた、線状のアノードフィラメントに、前記不活性ガスの粒子と前記反応性ガスの粒子と前記スパッタ粒子とが放電することにより発生するプラズマ中の電子を流入させることで、当該アノードフィラメントを赤熱させるアノード維持ステップを含む、成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マグネトロンスパッタ法による成膜装置および成膜方法に関し、特に、被処理物に絶縁性被膜を形成する、マグネトロンスパッタ法による成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【0002】
マグネトロンスパッタ法による成膜技術の一例が、殊に、被処理物に反応膜（化合物膜）を形成する、いわゆる反応性マグネトロンスパッタ法による成膜技術の一例が、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された言わば従来技術によれば、接地電位とされた真空槽内に、反応膜の材料となるターゲットを有するマグネトロンスパッタカソード（マグネトロンカソード）が設けられる。そして、真空槽内に、被処理物が設置され、詳しくはターゲットの概略矩形平面状の被スパッタ面と対向するように設置される。さらに、マグネトロンスパッタカソードのうちのターゲットの被スパッタ面（のみ）を露出させた状態で当該マグネトロンスパッタカソードの外周を囲むように、アースシールドが設けられる。このアースシールドもまた、接地電位とされる。そして、真空槽内が真空ポンプにより排気されるとともに、当該真空槽内に放電用ガスとしての不活性ガスが導入される。この状態で、真空槽を陽極とし、厳密にはアースシールドを陽極とし、マグネトロンスパッタカソードを陰極として、これら両者にスパッタ電力が供給される。これにより、不活性ガスの粒子が放電して、ターゲットの被スパッタ面に張り付くようにマグネトロンプラズマが発生する。このマグネトロンプラズマの放電態様は、高電圧小電流のグロー放電である。また、マグネトロンプラズマがターゲットの被スパッタ面に張り付くのは、マグネトロンスパッタカソードが備える磁界形成手段としての磁石により当該被スパッタ面の近傍に形成される磁界の作用による。
【0003】
このマグネトロンプラズマ中の不活性ガスの粒子、とりわけイオンが、ターゲットの被スパッタ面に衝突することにより、当該被スパッタ面からターゲットを構成する粒子が叩き出され、つまりスパッタされる。このとき、スパッタの対象となる領域である被スパッタ領域は、ターゲットの被スパッタ面に限定され、つまりはそうなるように前述のアースシールドが設けられる。さらに、真空槽内に反応膜の材料となる反応性ガスが導入される。この反応性ガスの粒子は、マグネトロンプラズマによって分解される。そして、真空槽を陽極とし、被処理物を陰極として、これら両者にバイアス電力が供給される。これにより、不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、ターゲットの被スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子とが、被処理物に向かって加速される。そして特に、反応性ガスの粒子とパッタ粒子とが被処理物の表面に付着して互いに反応することで、当該被処理物の表面に反応性ガスの粒子とスパッタ粒子とを成分とする反応膜が形成される。併せて、被処理物の表面に対する不活性ガスの粒子によるボンバードメント作用により、反応膜の密度の向上が図られる。
【0004】
加えて、真空槽内におけるターゲットの被スパッタ面と被処理物との間において、当該被スパッタ面の長手方向に沿って延伸するように、線状のカソードフィラメント（フィラメント）が設けられる。このカソードフィラメントに加熱用電力（熱電子放出量電力）が供給されることで、当該カソードフィラメントが加熱されて、当該カソードフィラメントから熱電子が放出される。さらに、真空槽を陽極とし、厳密にはアースシールドを陽極とし、カソードフィラメントを陰極として、これら両者にアーク放電用電力（放電用電力）が供給される。すると、カソードフィラメントから放出された熱電子がアースシールドに向かって加速されて、この加速された熱電子が不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、スパッタ粒子とに衝突する。カソードフィラメントの周囲には、前述の磁界が形成されているので、カソードフィラメントからアースシールドに向かって加速された電子は、当該磁界の作用により螺旋運動（サイクロイド運動またはトロコイド運動）する。これにより、熱電子が不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、スパッタ粒子とに衝突する頻度が増大して、カソードフィラメントの周囲に低電圧大電流のアーク放電が誘起される。すなわち、グロー放電（マグネトロンスパッタ放電）によるマグネトロンプラズマに加えて、アーク放電による極めて高密度なプラズマが、カソードフィラメントの周囲に発生し、つまりはターゲットの被スパッタ面と被処理物との間に発生する。
【0005】
したがって、ターゲットの被スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子は、被処理物に向かって飛翔する途中で、極めて高密度なプラズマの空間を通過する。これにより、スパッタ粒子は、活性化され、少なくとも基底状態よりも高いエネルギを持つようになり、とりわけ効率的にイオン化される。これと同様に、反応性ガスの粒子もまた、活性化され、効率的にイオン化される。併せて、不活性ガスの粒子もまた、活性化され、効率的にイオン化される。このイオン化率の向上により、被処理物の表面に入射されるイオンの量が増加し、当該被処理物の表面に形成される反応膜の高硬度化が図られる。また、スパッタ粒子と反応性ガスの粒子との相互の結合力が増大するので、反応膜の緻密化が図られる。加えて、被処理物の表面に対する不活性ガスの粒子によるボンバードメント作用が増強されるので、反応膜の密度のさらなる向上が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１７－６６４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、前述の従来技術によれば、反応膜として絶縁性被膜を形成することもできるが、その場合、成膜処理を安定的に行うことができず、ゆえに、均質な絶縁性被膜を形成することができない、という問題がある。その理由は、次の通りである。
【0008】
すなわち、前述のアースシールドは、グロー放電およびアーク放電という２種類の放電の陽極としての機能を担うが、絶縁性被膜を形成するための成膜処理が行われると、当該絶縁性被膜（厳密には絶縁性被膜の構成要素となる絶縁性物質）がアースシールドの表面に付着する。そして、この現象が続くと、アースシールドの表面が絶縁性被膜により覆われてしまい、当該アースシールドが陽極として機能し得なくなる。すると、アースシールドに代わって、真空槽の内壁が、陽極として機能するが、当該真空槽の内壁にも当然に、絶縁性被膜が付着し、これにより、当該真空槽の内壁の陽極としての機能が低下する。その一方で、真空槽の内壁の一部の部分、とりわけ排気口の周縁部や覗き窓の周縁部、各種部材の取付けフランジなどの凹状の部分には、絶縁性被膜が付着し難く、このような部分の存在により、かろうじて放電が維持される。ただし、この状態にあるときの真空槽内を観察すると、放電が不安定であり、当該放電を維持するために陽極として機能する部分の所々において、プラズマの塊であるプラズモイドの発生が確認されるとともに、当該プラズモイドが発生および消滅を繰り返すことが確認される。また、プラズモイドの発生が確認された部分においては、かなりの（水冷されているにも拘らず１３０℃以上の）温度上昇が見受けられ、極端には赤熱して、ステンレス鋼製の部材が溶けることもある。このような現象が原因となって、前述の如く絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことができず、ゆえに、均質な絶縁性被膜を形成することができない、という問題が生ずる。この問題は特に、表面積（成膜対象領域）の大きい被処理物にとって、極めて重大である。
【0009】
そこで、本発明は、マグネトロンスパッタ法による成膜装置および成膜方法において、絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことができ、ひいては均質な絶縁性被膜を形成することができる、新規な技術を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
この目的を達成するために、本発明は、マグネトロンスパッタ法による成膜装置に係る第１発明、および、マグネトロンスパッタ法による成膜方法に係る第２発明を含む。
【0011】
このうちのマグネトロンスパッタ法による成膜装置に係る第１発明は、被処理物に絶縁性被膜を形成するのに好適であり、真空槽、マグネトロンスパッタカソード、アースシールド、排気手段、不活性ガス導入手段、スパッタ電力供給手段、反応性ガス導入手段、バイアス電力供給手段、カソードフィラメント、加熱用電力供給手段、アーク放電用電力供給手段、加熱用電力制御手段およびアノードフィラメントを備える。具体的には、真空槽は、接地され、つまり接地電位とされる。この真空槽内には、絶縁性反応膜の材料となるターゲットを有するマグネトロンスパッタカソードが設けられる。そして、真空槽内に、被処理物が設置され、詳しくはターゲットの概略矩形平面状の被スパッタ面と対向するように設置される。アースシールドは、マグネトロンスパッタカソードのうちのターゲットの被スパッタ面（のみ）を露出させた状態で、当該マグネトロンスパッタカソードの外周を囲むように設けられる。また、アースシールドは、接地され、つまり接地電位とされる。排気手段は、真空ポンプを有する。真空ポンプは、真空槽の排気口を介して当該真空槽内を排気する。不活性ガス導入手段は、真空槽内に放電用ガスとしての不活性ガスを導入する。スパッタ電力供給手段は、真空槽を陽極とし、厳密にはアースシールドを陽極とし、マグネトロンスパッタカソードを陰極として、これら両者にスパッタ電力を供給する。これにより、不活性ガスの粒子が放電して、ターゲットの被スパッタ面に張り付くようにマグネトロンプラズマが発生する。このマグネトロンプラズマの放電態様は、高電圧小電流のグロー放電である。また、マグネトロンプラズマがターゲットの被スパッタ面に張り付くのは、マグネトロンスパッタカソードが備える磁界形成手段により当該被スパッタ面の近傍に形成される磁界の作用による。
【0012】
このマグネトロンプラズマ中の不活性ガスの粒子、とりわけイオンが、ターゲットの被スパッタ面に衝突することにより、当該被スパッタ面からターゲットを構成する粒子が叩き出され、つまりスパッタされる。このとき、スパッタの対象となる領域である被スパッタ領域は、ターゲットの被スパッタ面に限定され、つまりはそうなるように前述のアースシールドが設けられる。さらに、反応性ガス導入手段は、真空槽内に絶縁性被膜の材料となる反応性ガスを導入する。この反応性ガスの粒子は、マグネトロンプラズマによって分解される。そして、バイアス電力供給手段は、真空槽を陽極とし、被処理物を陰極として、これら両者に所定成分が一定のバイアス電力を供給する。これにより、不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、ターゲットの被スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子とが、被処理物に向かって一定の加速度で加速される。そして特に、反応性ガスの粒子とスパッタ粒子とが被処理物の表面に付着して互いに反応することで、当該被処理物の表面に反応性ガスの粒子とスパッタ粒子とを成分とする反応膜である絶縁性被膜が形成される。併せて、被処理物の表面に対する不活性ガスの粒子によるボンバードメント作用により、絶縁性被膜の密度の向上が図られる。なお、バイアス電力の所定成分とは、たとえば当該バイアス電力の電圧成分であるバイアス電圧の平均値または実効値である。
【0013】
加えて、カソードフィラメントは、線状の部材であり、真空槽内におけるターゲットの被スパッタ面と被処理物との間において、当該被スパッタ面の長手方向に沿って延伸するように設けられる。そして、加熱用電力供給手段は、カソードフィラメントに加熱用電力を供給することで、当該カソードフィラメントを加熱させて、当該カソードフィラメントから熱電子を放出させる。さらに、アーク放電用電力供給手段は、真空槽を陽極とし、厳密にはアースシールドを陽極とし、カソードフィラメントを陰極として、これら両者にアーク放電用電力を供給する。すると、カソードフィラメントから放出された熱電子がアースシールドに向かって加速されて、この加速された熱電子が不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、スパッタ粒子とに衝突する。カソードフィラメントの周囲には、前述の磁界が形成されているので、カソードフィラメントからアースシールドに向かって加速された電子は、当該磁界の作用により螺旋運動する。これにより、熱電子が不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、スパッタ粒子とに衝突する頻度が増大して、カソードフィラメントの周囲に低電圧大電流のアーク放電が誘起される。すなわち、グロー放電によるマグネトロンプラズマに加えて、アーク放電による極めて高密度なプラズマが、カソードフィラメントの周囲に発生し、つまりはターゲットの被スパッタ面と被処理物との間に発生する。
【0014】
したがって、ターゲットの被スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子は、被処理物に向かって飛翔する途中で、極めて高密度なプラズマの空間を通過する。これにより、スパッタ粒子は、活性化され、効率的にイオン化される。これと同様に、反応性ガスの粒子もまた、活性化され、効率的にイオン化される。併せて、不活性ガスの粒子もまた、活性化され、効率的にイオン化される。このイオン化率の向上により、被処理物の表面に入射されるイオンの量が増加し、当該被処理物の表面に形成される絶縁性被膜の高硬度化が図られる。また、スパッタ粒子と反応性ガスの粒子との相互の結合力が増大するので、絶縁性被膜の緻密化が図られる。加えて、被処理物の表面に対する不活性ガスの粒子によるボンバードメント作用が増強されるので、反応膜の密度のさらなる向上が図られる。
【0015】
そして、加熱用電力制御手段は、アーク放電用電力の電圧成分、言わばアーク放電電圧が、一定とされた状態で、当該アーク放電用電力の電流成分、言わばアーク放電電流が、一定となるように、加熱用電力を制御する。これにより、アーク放電によるプラズマの密度の安定化が図られる。
【0016】
さらに、アノードフィラメントは、線状の部材であり、真空槽内におけるアースシールドの近傍において、カソードフィラメントと平行を成すように設けられる。併せて、アノードフィラメントは、接地電位または当該接地電位に対して正電位とされる。そして、アノードフィラメントは、不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、スパッタ粒子とが、放電することにより発生するプラズマ中の電子の流入を受けて赤熱し、厳密には自身の表面に絶縁性被膜（より厳密には反応性ガスの粒子と反応する前のスパッタ粒子）が付着したとしても、それが蒸発し得る程度に加熱され、換言すればそうなるような位置に設けられる。このアノードフィラメントは、前述のグロー放電およびアーク放電という２つの放電の陽極として機能し、とりわけアースシールドの表面が絶縁性被膜により覆われてしまうことで、当該アースシールドが陽極として機能し得なくなったときに、当該アースシールドに代わって、陽極として機能する。すなわち、アノードフィラメントの表面に絶縁性被膜が付着したとしても、この絶縁性被膜は蒸発するので、当該アノードフィラメントの陽極としての機能が維持される。これにより、放電が安定的に維持され、絶縁性被膜を形成するための成膜処理が安定的に行われる。
【0017】
なお、アノードフィラメントが接地電位に対して正電位とされる場合の当該正電位の値は、たとえば０Ｖ超かつ３０Ｖ以下であるのが、望ましい。
【0018】
また、カソードフィラメントおよびアノードフィラメントは、互いに同じ材料により形成されるのが、望ましい。
【0019】
さらに、カソードフィラメントおよびアノードフィラメントのそれぞれは、鉛直方向に延伸するように設けられてもよい。この場合、ターゲットは、その被スパッタ面の長手方向が鉛直方向に沿うように設けられる。そして、アノードフィラメントの上方側端部は、固定端として支持部材に固定され、当該アノードフィラメントの下方側端部は、自由端として垂下した状態とされてもよい。
【0020】
加えて、２本のアノードフィラメントが設けられてもよい。この場合、カソードフィラメントは、ターゲットの被スパッタ面の短手方向において、当該被スパッタ面の中央に対応する位置に設けられるのが、望ましい。そして、２本のアノードフィラメントは、仮想平面に関して互いに面対称を成すように設けられるのが、望ましい。ここで言う仮想平面とは、カソードフィラメントの軸線を含み、かつ、ターゲットの被スパッタ面と直交する、平面である。
【0021】
ここで、アースシールドは、ターゲットの被スパッタ面と概略面一の平面部を有するものとする。この場合、２本のアノードフィラメントのそれぞれは、ターゲットの被スパッタ面の短手方向において、自身に近い側の当該被スパッタ面の端縁に対応する位置に設けられ、または、当該位置からターゲットの被スパッタ面の外方へ、換言すれば前述の仮想平面とは反対の方向へ、１５ｍｍ以下の距離を置いた位置に設けられる。併せて、２本のアノードフィラメントのそれぞれは、アースシールドの平面部に垂直な方向において、換言すればターゲットの被スパッタ面に垂直な方向において、当該アースシールドの平面部からターゲットの被スパッタ面が向けられた方向へ５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下の距離を置いた位置に設けられるのが、望ましい。
【0022】
さらに、前述の排気手段は、コンダクタンスバルブを有する場合がある。コンダクタンスバルブは、真空槽の排気口における実効排気速度を制御する。この場合さらに、反応性ガス流量制御手段が設けられるのが、望ましい。反応性ガス流量制御手段は、真空槽内に導入される不活性ガスの流量が一定とされるとともに、スパッタ電力が一定とされ、併せて、コンダクタンスバルブにより真空槽の排気口における実効排気速度が一定とされた状態で、当該真空槽内の圧力が一定となるように、当該真空槽内に導入される反応性ガスの流量を制御する。これにより、ターゲットの被スパッタ面のスパッタ速度（単位時間かつ単位面積当たりのスパッタ粒子の数であり、「スパッタ蒸発速度」と呼ばれることもあるが、これを直接的に測定することはできないため、常套的には、単位時間当たりにスパッタされた粒子の質量（ｇ／ｍｉｎ）で表される。）が一定に保たれる。このことは、絶縁性被膜の再現性を向上させるのに、極めて有益である。
【0023】
また、本第１発明においては、複数のユニットが設けられてもよい。ここで言うユニットは、マグネトロンスパッタカソード、アースシールド、スパッタ電力供給手段、カソードフィラメント、加熱用電力供給手段、アーク放電用電力供給手段、加熱用電力制御手段およびアノードフィラメントを有する、言わばプラズマの発生源である。すなわち、プラズマの発生源であるユニットが複数設けられてもよい。
【0024】
本発明のうちのマグネトロンスパッタ法による成膜方法に係る第２発明は、被処理物設置ステップ、排気ステップ、不活性ガス導入ステップ、スパッタ電力供給ステップ、反応性ガス導入ステップ、バイアス電力供給ステップ、加熱用電力供給ステップ、アーク放電用電力供給ステップ、加熱用電力制御ステップおよびアノード維持ステップを含む。被処理物設置ステップでは、絶縁性被膜の材料となるターゲットを有するマグネトロンスパッタカソードが設けられた真空槽内に、被処理物を、当該ターゲットの概略矩形平面状の被スパッタ面と対向するように設置する。ここで、真空槽は、接地され、つまり接地電位とされる。そして、マグネトロンスパッタカソードのうちのターゲットの被スパッタ面（のみ）を露出させた状態で当該マグネトロンスパッタカソードの外周を囲むように、アースシールドが設けられる。このアースシールドもまた、接地され、つまり接地電位とされる。排気ステップでは、真空槽の排気口を介して当該真空槽内が真空ポンプにより排気される。不活性ガス導入ステップでは、真空槽内に放電用ガスとしての不活性ガスが導入される。スパッタ電力供給ステップでは、真空槽を陽極とし、厳密にはアースシールドを陽極とし、マグネトロンスパッタカソードを陰極として、これら両者にスパッタ電力が供給される。これにより、不活性ガスの粒子が放電して、ターゲットの被スパッタ面に張り付くようにマグネトロンプラズマが発生する。このマグネトロンプラズマの放電態様は、高電圧小電流のグロー放電である。また、マグネトロンプラズマがターゲットの被スパッタ面に張り付くのは、マグネトロンスパッタカソードが備える磁界形成手段により当該被スパッタ面の近傍に形成される磁界の作用による。
【0025】
このマグネトロンプラズマ中の不活性ガスの粒子、とりわけイオンが、ターゲットの被スパッタ面に衝突することにより、当該被スパッタ面からターゲットを構成する粒子が叩き出され、つまりスパッタされる。このとき、スパッタの対象となる領域である被スパッタ領域は、ターゲットの被スパッタ面に限定され、つまりはそうなるように前述のアースシールドが設けられる。さらに、反応性ガス導入ステップでは、真空槽内に絶縁性被膜の材料となる反応性ガスが導入される。この反応性ガスの粒子は、マグネトロンプラズマによって分解される。そして、バイアス電力供給ステップでは、真空槽を陽極とし、被処理物を陰極として、これら両者に所定成分が一定のバイアス電力が供給される。これにより、不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、ターゲットの被スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子とが、被処理物に向かって一定の加速度で加速される。そして特に、反応性ガスの粒子とスパッタ粒子とが被処理物の表面に付着して互いに反応することで、当該被処理物の表面に反応性ガスの粒子とスパッタ粒子とを成分とする反応膜である絶縁性被膜が形成される。併せて、被処理物の表面に対する不活性ガスの粒子によるボンバードメント作用により、絶縁性被膜の密度の向上が図られる。なお、バイアス電力の所定成分とは、たとえば当該バイアス電力の電圧成分であるバイアス電圧の平均値または実効値である。
【0026】
また、加熱用電力供給ステップでは、カソードフィラメントに加熱用電力が供給される。カソードフィラメントは、線状の部材であり、真空槽内におけるターゲットの被スパッタ面と被処理物との間において、当該被スパッタ面の長手方向に沿って延伸するように設けられる。このカソードフィラメントは、加熱用電力の供給を受けて加熱されて、熱電子を放出する。そして、アーク放電用電力供給ステップでは、真空槽を陽極とし、厳密にはアースシールドを陽極とし、カソードフィラメントを陰極として、これら両者にアーク放電用電力が供給される。すると、カソードフィラメントから放出された熱電子がアースシールドに向かって加速されて、この加速された熱電子が不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、スパッタ粒子とに衝突する。カソードフィラメントの周囲には、前述の磁界が形成されているので、カソードフィラメントからアースシールドに向かって加速された電子は、当該磁界の作用により螺旋運動する。これにより、熱電子が不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、スパッタ粒子とに衝突する頻度が増大して、フィラメントの周囲に低電圧大電流のアーク放電が誘起される。すなわち、グロー放電によるマグネトロンプラズマに加えて、アーク放電による極めて高密度なプラズマが、カソードフィラメントの周囲に発生し、つまりはターゲットの被スパッタ面と被処理物との間に発生する。
【0027】
したがって、ターゲットの被スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子は、被処理物に向かって飛翔する途中で、極めて高密度なプラズマの空間を通過する。これにより、スパッタ粒子は、活性化され、効率的にイオン化される。これと同様に、反応性ガスの粒子もまた、活性化され、効率的にイオン化される。併せて、不活性ガスの粒子もまた、活性化され、効率的にイオン化される。このイオン化率の向上により、被処理物の表面に入射されるイオンの量が増加し、当該被処理物の表面に形成される絶縁性被膜の高硬度化が図られる。また、スパッタ粒子と反応性ガスの粒子との相互の結合力が増大するので、絶縁性被膜の緻密化が図られる。加えて、被処理物の表面に対する不活性ガスの粒子によるボンバードメント作用が増強されるので、反応膜の密度のさらなる向上が図られる。
【0028】
そして、加熱用電力制御ステップでは、アーク放電用電力の電圧成分、つまりアーク放電電圧が、一定とされた状態で、当該アーク放電用電力の電流成分、つまりアーク放電電流が、一定となるように、加熱用電力が制御される。これにより、アーク放電によるプラズマの密度の安定化が図られる。
【0029】
さらに、アノード維持ステップでは、不活性ガスの粒子と、反応性ガスの粒子と、スパッタ粒子とが、放電することにより発生するプラズマ中の電子をアノードフィラメントに流入させることで、当該アノードフィラメントを赤熱させ、厳密には当該アノードフィラメントの表面に絶縁性被膜が付着したとしても、それが蒸発し得る程度に当該アノードフィラメントを加熱させる。アノードフィラメントは、線状の部材であり、真空槽内におけるアースシールドの近傍において、カソードフィラメントと平行を成すように設けられる。併せて、アノードフィラメントは、接地電位または当該接地電位に対して正電位とされる。アノードフィラメントは、前述のグロー放電およびアーク放電という２つの放電の陽極として機能し、とりわけアースシールドの表面が絶縁性被膜により覆われてしまうことで、当該アースシールドが陽極として機能し得なくなったときに、当該アースシールドに代わって、陽極として機能する。すなわち、アノードフィラメントの表面に絶縁性被膜が付着したとしても、この絶縁性被膜は蒸発するので、当該アノードフィラメントの陽極としての機能が維持される。これにより、放電が安定的に維持され、絶縁性被膜を形成するための成膜処理が安定的に行われる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことができ、ひいては均質な絶縁性被膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【発明を実施するための形態】
【0032】
【0033】
図１および図２に示されるように、本実施例に係るマグネトロンスパッタ装置１０は、両端が閉鎖された概略円筒形の真空槽１２を備える。この真空槽１２は、その概略円筒形の両端に当たる部分を上下に向けた状態で、つまり当該円筒形の中心軸Ｘａを鉛直方向に延伸させた状態で、設置される。なお、真空槽１２の内径は、たとえば約１３００ｍｍであり、当該真空槽１２内の高さ寸法は、たとえば約１１００ｍｍである。この真空槽１２の形状および寸法は、飽くまでも一例であり、後述する被処理物１００の大きさや形状、個数などの諸状況に応じて適宜に定められる。また、真空槽１２自体は、耐食性および耐熱性の高い金属製、たとえばＳＵＳ３０４などのステンレス鋼製、であり、その壁部は、接地され、つまり当該壁部の電位は、基準電位である接地電位とされる。
【0034】
この真空槽１２の壁部の適宜の位置、たとえば側面を成す壁部の適宜の位置には、排気口１４が設けられる。そして、排気口１４は、真空槽１２の外部において、排気配管１６を介して真空ポンプ１８に結合され、厳密には当該真空ポンプ１８の不図示の吸気口に結合される。なお、真空ポンプ１８としては、たとえば拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオポンプなどが採用されるが、これに限定されない。また、図２においては、その見易さを考慮して、排気口１４を含む一部の要素の図示を省略してある。
【0035】
排気配管１６の途中には、当該排気配管１６内を開閉するための開閉手段としての主弁、いわゆる開閉バルブ２０が、設けられる。併せて、排気配管１６の途中には、真空ポンプ１８による真空槽１２の排気口１４における実効排気速度を制御するためのコンダクタンスバルブ２２が設けられる。このコンダクタンスバルブ２２は、真空ポンプ１８と協働して、排気手段を構成する。なお、詳しい図示は省略するが、コンダクタンスバルブ２２は、ブラインドの如く平行に並べられた複数の細長い板状の羽根部材を備え、この羽根部材の角度θによって、真空槽１２の排気口１４における実効排気速度を制御する。たとえば、コンダクタンスバルブ２２（羽根部材）の角度θが小さいほど、コンダクタンスが大きくなり、当該角度θが０度である場合に、全開となる。これとは反対に、コンダクタンスバルブ２２の角度θが大きいほど、コンダクタンスが小さくなり、当該角度θが９０度である場合に、コンダクタンスバルブ２２は全閉となる。このようなコンダクタンスバルブ２２の構成は、一例であり、これに限定されない。
【0036】
さらに、真空槽１２の側面を成す壁部の内側の適宜の位置（図１および図２における右側の位置）に、当該真空槽１２の壁部とは電気的に絶縁された状態で、マグネトロンスパッタカソード２４が設けられる。図３を併せて参照して、マグネトロンスパッタカソード２４は、被膜の材料となる概略矩形平板状のターゲット２４２と、このターゲット２４２の一方主面である背面側に設けられる磁石ユニット２４４と、を有する。磁石ユニット２４４は、磁界形成手段の一例としての永久磁石２４６と、この永久磁石２４６を収容する筐体２４８と、を有する。永久磁石２４６は、ターゲット２４２の背面に密着しつつ当該ターゲット２４２の周縁に沿うように設けられた概略矩形枠状の一方磁極としてのたとえばＳ極２４６ａと、このＳ極２４６ａの内側においてターゲット２４２の背面に密着しつつ当該ターゲット２４２の長手方向に沿って延伸するように設けられた細長い概略突条状（概略直方体状）の他方磁極としてのＮ極２４６ｂと、を有する。なお、ターゲット２４２の寸法は、たとえばその長手方向（長さ寸法）が６９０ｍｍであり、短手方向（幅寸法）が１２７ｍｍであり、厚さ方向（厚さ寸法）が８ｍｍである。また、永久磁石２４６のＳ極２４６ａとＮ極２４６ｂとの間には、概略矩形溝状の間隙２４６ｃが設けられる。そして、筐体２４８には、当該筐体２４８を含むマグネトロンスパッタカソード２４全体を冷却するための不図示の冷却手段としての適当な水冷機構が設けられる。
【0037】
マグネトロンスパッタカソード２４は、ターゲット２４２の他方主面（前面）である概略矩形平面状の被スパッタ面を真空槽１２の中心軸Ｘａに向け、かつ、当該ターゲット２４２の長手方向が真空槽１２の中心軸Ｘａの延伸方向に沿うように、つまり鉛直方向に沿うように、設けられる。併せて、マグネトロンスパッタカソード２４は、とりわけ図２に示されるように、ターゲット２４２の被スパッタ面の短手方向における中央が真空槽１２の中心軸Ｘａと正対するように設けられる。
【0038】
このマグネトロンスパッタカソード２４は、ターゲット２４２の被スパッタ面（のみ）を除いて、アースシールド２６によって覆われた状態にある。言い換えれば、アースシールド２６は、マグネトロンスパッタカソード２４のうちのターゲット２４２の被スパッタ面（のみ）を露出させた状態で、当該マグネトロンスパッタカソード２４の外周を囲むように設けられる。なお、アースシールド２６は、耐食性および耐熱性の高い金属製であり、たとえばＳＵＳ３０４などのステンレス鋼製である。そして、アースシールド２６は、マグネトロンスパッタカソード２４とは電気的に絶縁される一方、真空槽１２の壁部と電気的かつ機械的に結合され、とりわけ自身の電位がより確実に接地電位となるように、図１に示される如く直接的に（真空槽１２とは別に）接地される。
【0039】
図４を併せて参照して、より詳しく説明すると、アースシールド２６は、マグネトロンスパッタカソード２４の外周を囲む概略角筒状の角筒部２６２と、当該角筒部２６２の一方端縁（ターゲット２４２の被スパッタ面側の端縁）から外方へ広がるように設けられた概略鍔状の鍔状部２６４と、を有する。そして、鍔状部２６４は、ターゲット２４２の被スパッタ面と概ね面一の平面部２６４ａを有する。この鍔状部２６４の広がり寸法、換言すれば平面部２６４ａの広がり寸法Ｄｓは、たとえば３０ｍｍである。また、角筒部２６２の内周面（内側面）とマグネトロンスパッタカソード２４の外周面（外側面）との間には、適当な間隙２６６が設けられる。この間隙２６６は、「ダークスペース」と呼ばれ、その寸法Ｄｄは、たとえば約２ｍｍである。
【0040】
改めて図２を参照して、真空槽１２の壁部のうちのマグネトロンスパッタカソード２４およびアースシールド２６が設けられる部分１２ａは、当該マグネトロンスパッタカソード２４およびアースシールド２６が設けられるのに適当な構造とされる。この部分１２ａについては、ターゲット２４２の交換を含むマグネトロンスパッタカソード２４のメンテナンス時の作業性などを考慮して、引き戸や開き戸の如く開閉可能とされるのが、望ましい。
【0041】
改めて図１を参照して、マグネトロンスパッタカソード２４は、真空槽１２の外部において、スパッタ電力供給手段の一例としてのスパッタ電源装置２８に接続される。このスパッタ電源装置２８は、真空槽１２を陽極とし、厳密にはアースシールド２６を陽極とし、マグネトロンスパッタカソード２４を陰極として、これら両者にスパッタ電力Ｅｓを供給する。スパッタ電力Ｅｓは、その電圧成分であるスパッタ電圧（または「ターゲット電圧」とも言う。）Ｖｓが、接地電位を基準とする０Ｖ以上のハイレベル値と、当該接地電位を基準とする負電位のローレベル値と、に交互に遷移する、いわゆる非対称バイポーラパルス電力である。すなわち、スパッタ電源装置２８は、スパッタ電力Ｅｓとして非対称バイポーラパルス電力を生成するパルス電源装置である。スパッタ電圧Ｖｓのハイレベル値は、所定の範囲内で任意に設定可能であり、ここでは、たとえば接地電位を基準として＋１００とされる。一方、スパッタ電圧Ｖｓのローレベル値もまた、所定の範囲内で任意に設定可能であり、このローレベル値によって、当該スパッタ電圧Ｖｓの平均値（直流換算値）が規定される。そして、スパッタ電圧Ｖｓの周波数もまた、所定の範囲内で任意に設定可能であり、ここでは、たとえば１００ｋＨｚとされる。さらに、スパッタ電圧Ｖｓのデューティ比（スパッタ電圧Ｖｓの１周期のうち当該スパッタ電圧Ｖｓの値がハイレベル値となる期間の比率）もまた、所定の範囲内で任意に設定可能であり、ここでは、たとえば２０％とされる。
【0042】
加えて、マグネトロンスパッタカソード２４の前方、詳しくはターゲット２４２の被スパッタ面の前方に、熱電子放出手段としてのカソードフィラメント３０が設けられる。このカソードフィラメント３０は、たとえば直径が約１ｍｍのタングステン（Ｗ）製の線状部材である。なお、カソードフィラメント３０は、タングステン製に限らず、モリブデン（Ｍｏ）やタンタル（Ｔａ）、炭素（Ｃ）などの他の高融点金属製であってもよい。
【0043】
改めて図４を参照して、とりわけ図４（ａ）を参照して、カソードフィラメント３０は、これを水平方向におけるマグネトロンスパッタカソード２４が配置された方向とは反対側から、たとえば真空槽１２の中心軸Ｘａ側から、見たときに、ターゲット２４２の被スパッタ面の短手方向における中央を鉛直方向に沿って、つまりターゲット２４２の長手方向に沿って、換言すればターゲット２４２の被スパッタ面と平行を成して、直線状に延伸するように設けられる。また、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示されるように、カソードフィラメント３０は、ターゲット２４２の被スパッタ面との間に適当な距離Ｄｃｖを置いて設けられる。この距離Ｄｃｖは、たとえばこれが過度に小さいと、カソードフィラメント３０が振動などによりターゲット２４２の被スパッタ面またはアースシールド２６と接触する虞があり、甚だ不都合である。一方、距離Ｄｃｖが過度に大きいと、カソードフィラメント３０の周囲における前述の磁石ユニット２４４（永久磁石２４６）による磁界の作用が弱くなり、後述するアーク放電の誘起に不都合である。これらのことから、距離Ｄｃｖは、５ｍｍ～５０ｍｍ程度が適当であり、たとえば２５ｍｍとされる。なお、カソードフィラメント３０の長さ寸法は、ターゲット２４２の長さ寸法と同等かそれ以上であり、厳密には当該ターゲット２４２の後述するエロージョン領域２４２ａの長さ寸法と同等かそれ以上であり、たとえば７５０ｍｍである。
【0044】
改めて図１を参照して、カソードフィラメント３０の両端部は、真空槽１２の外部において、加熱用電力供給手段の一例としての加熱用電源装置３２に接続される。そして、カソードフィラメント３０には、加熱用電源装置３２から加熱用電力としての交流のカソード電力Ｅｃが供給される。これにより、カソードフィラメント３０が２０００℃以上に加熱されて、当該カソードフィラメント３０から熱電子が放出される。なお、カソード電力Ｅｃは、交流電力に限らず、直流電力であってもよい。
【0045】
さらに、カソードフィラメント３０の一方端部、たとえば上方側の端部は、真空槽１２の外部において、アーク放電用電力供給手段の一例としてのアーク放電用電源装置３４に接続される。そして、カソードフィラメント３０には、アーク放電用電源装置３４から接地電位を基準とする負電位の直流電力であるアーク放電用電力Ｅｄが供給される。言い換えれば、真空槽１２を陽極とし、厳密にはアースシールド２６を陽極とし、カソードフィラメント３０を陰極として、これら両者にアーク放電用電力Ｅｄが供給される。なお、アーク放電用電源装置３４は、たとえば定電圧電源装置であり、その最大出力電圧、つまりアーク放電用電力Ｅｄの電圧成分であるアーク放電電圧Ｖｄの最大値は、たとえば１００Ｖである。
【0046】
また、アーク放電用電源装置３４と接地との間に、アーク放電電流検出手段としての電流検出器３６が設けられる。この電流検出器３６は、アーク放電用電力Ｅｄの電流成分であるアーク放電電流Ｉｄを検出する。そして、電流検出器３６によるアーク放電電流Ｉｄの検出値は、加熱用電力制御手段の一例としての加熱制御器３８に与えられる。
【0047】
加熱制御器３８は、電流検出器３６によるアーク放電電流Ｉｄの検出値が一定となるように、つまり当該アーク放電電流Ｉｄが一定となるように、加熱用電源装置３２を制御し、詳しくは当該加熱用電源装置３２を介してカソード電力Ｅｃを制御する。これにより、カソードフィラメント３０の加熱温度が、つまりは当該カソードフィラメント３０による熱電子の放出量が、適宜に調整される。すなわち、アーク放電電流Ｉｄをパラメータとして、カソードフィラメント３０による熱電子の放出量が自動制御（フィードバック制御）される。
【0048】
そして、真空槽１２内のカソードフィラメント３０が設けられた位置よりも内側に注目すると、当該真空槽１２内には、複数の被処理物１００，１００，…が配置される。具体的には、各被処理物１００，１００，…は、真空槽１２の中心軸Ｘａを中心とする円の円周方向に沿って等間隔に配置される。それぞれの被処理物１００は、たとえば細長い概略円柱状あるいは概略円筒状のものであり、垂直方向に沿って延伸するように、つまり真空槽１２の中心軸Ｘａに沿う方向に延伸するように、保持手段としてのホルダ４０によって保持される。それぞれのホルダ４０は、ギア機構４２を介して、円盤状の公転台４４の周縁近傍に結合される。この公転台４４の中心は、真空槽１２の中心軸Ｘａ上に位置し、当該公転台４４の中心には、真空槽１２の中心軸Ｘａに沿って延伸する回転軸４６の一方端が固定される。そして、回転軸４６の他方端は、真空槽１２の外部において、回転駆動手段としてのモータ４８のシャフト４８ａに結合される。
【0049】
すなわち、モータ４８が駆動して、当該モータ４８のシャフト４８ａがたとえば図１に矢印２００で示される方向に回転すると、公転台４４が同じ方向に回転し、つまり図２においても矢印２００で示される方向に回転する。これに伴って、それぞれの被処理物１００が真空槽１２の中心軸Ｘａを中心として回転し、言わば公転する。併せて、それぞれのギア機構４２による回転駆動力伝達作用によって、それぞれのホルダ４０が自身を通る鉛直線Ｘｂを中心としてたとえば図１および図２のそれぞれに矢印２０２で示される方向に回転する。そして、ホルダ４０自身の回転に伴って、被処理物１００もまた、同じ方向に回転し、言わば自転する。なお、被処理物１００の公転経路の直径（ＰＣＤ）は、たとえば約６００ｍｍである。そして、被処理物１００の公転速度（公転台４４の回転速度）は、たとえば０．５ｒｐｍ～１ｒｐｍである。これに対して、被処理物１００の自転速度（ホルダ４０自身の回転速度）は、たとえば３０ｒｐｍ～６０ｒｐｍであり、つまり公転速度の６０倍である。なお、図１および図２は、被処理物１００（ホルダ４０およびギア機構４２）の数が１２である例を示すが、当該被処理物１００の数はこれに限らない。また、被処理物１００の形状も、前述の細長い概略円柱状あるいは概略円筒状に限らない。
【0050】
併せて、それぞれの被処理物１００には、ホルダ４０，ギア機構４２，公転台４４および回転軸４６を介して、真空槽１２の外部にあるバイアス電力供給手段の一例としてのバイアス電源装置５０から基板バイアス電力Ｅｂが供給される。言い換えれば、真空槽１２を陽極とし、それぞれの被処理物１００を陰極として、これら両者に基板バイアス電力Ｅｂが供給される。基板バイアス電力Ｅｂは、その電圧成分である基板バイアス電圧Ｖｂが、接地電位を基準とする正電位のハイレベル値と、当該接地電位を基準とする負電位のローレベル値と、に交互に遷移する、非対称バイポーラパルス電力である。すなわち、バイアス電源装置５０は、基板バイアス電力Ｅｂとして非対称バイポーラパルス電力を生成するパルス電源装置である。基板バイアス電圧Ｖｂのハイレベル値は、一定であり、たとえば接地電位を基準として＋３７Ｖである。一方、基板バイアス電圧Ｖｂのローレベル値は、所定の範囲内で任意に設定可能であり、このローレベル値によって、当該基板バイアス電圧Ｖｂの平均値（直流換算値）が規定される。さらに、基板バイアス電力Ｅｂの周波数もまた、たとえば５０ｋＨｚ～２５０ｋＨｚの範囲内で任意に設定可能である。そして、基板バイアス電力Ｅｂのデューティ比（基板バイアス電圧Ｖｂの１周期のうち当該基板バイアス電圧Ｖｂの値がハイレベル値となる期間の比率）もまた、所定の範囲内で任意に設定可能である。ここでは、基板バイアス電力Ｅｂの周波数については、たとえば１００ｋＨｚとされ、デューティ比については、たとえば２０％とされる。なお、バイアス電源装置５０は、基板バイアス電圧Ｖｂの平均値ではなく、基板バイアス電圧Ｖｂの実効値が、規定される構成のものであってもよい。
【0051】
さらに、真空槽１２の側面を成す壁部の内側の適宜の位置であって、各被処理物１００，１００，…の公転経路よりも外方の適当な位置、たとえば真空槽１２の中心軸Ｘａを挟んでマグネトロンスパッタカソード２４が設けられている位置とは反対側の位置（図１および図２において左側の位置）に、温度制御手段としてのたとえばカーボンヒータ５２が設けられる。このカーボンヒータ５２は、真空槽１２の外部において、不図示のヒータ加熱用電源装置に接続される。そして、カーボンヒータ５２は、ヒータ加熱用電源装置から直流または交流のヒータ加熱用電力の供給を受けて発熱することで、真空槽１２内を加熱し、とりわけ各被処理物１００，１００，…を加熱する。なお、図２に示されるように、真空槽１２の壁部のうちカーボンヒータ５２が設けられた部分１２ｂについても、前述のマグネトロンスパッタカソード２４およびアースシールド２６が設けられた部分１２ａと同様、当該カーボンヒータ５２が設けられるのに適当な構造とされる。
【0052】
また、図１に示されるように、真空槽１２内の適宜位置、好ましくはカソードフィラメント３０の近傍の位置に、不活性ガスなどの各種ガスを当該真空槽１２内に導入するためのガス導入口５４が設けられる。このガス導入口５４には、真空槽１２の外部において、ガス導入管５６が結合され、さらに、ガス導入管５６には、複数の、ここでは２本の、枝管５８および６０が結合される。
【0053】
一方の枝管５８は、真空槽１２内に放電用ガスとしての不活性ガスを導入するための配管であり、当該不活性ガスの不図示の供給源に結合される。この不活性ガス導入用の枝管５８には、当該枝管５８内を開閉するための開閉手段としての開閉バルブ５８ａ、および、当該枝管５８内を流通する不活性ガスの流量Ｑｄを制御するための流量制御手段としてのマスフローコントローラ５８ｂが、設けられる。これらの開閉バルブ５８ａおよびマスフローコントローラ５８ｂを含む枝管５８は、ガス導入管５６と協働して、不活性ガス導入手段の一例を構成する。また、不活性ガスとしては、たとえばアルゴン（Ａｒ）ガスが採用される。
【0054】
そして、他方の枝管６０は、真空槽１２内に被膜の材料となる、とりわけ当該被膜としての反応膜の材料となる、反応性ガスを導入するための配管であり、当該反応性ガスの不図示の供給源に供給される。この反応性ガス導入用の枝管６０にも、当該枝管６０内を開閉するための開閉手段としての開閉バルブ６０ａ、および、当該枝管６０内を流通する反応性ガスの流量Ｑｒを制御するための流量制御手段としてのマスフローコントローラ６０ｂが、設けられる。これらの開閉バルブ６０ａおよびマスフローコントローラ６０ｂを含む枝管６０は、ガス導入管５６と協働して、反応性ガス導入手段の一例を構成する。なお、反応性ガスとしては、形成しようとする反応膜の種類に応じて適宜のガスが採用される。たとえば、反応膜として窒化膜が形成される場合には、反応性ガスとして窒素（Ｎ２）ガスが採用され、反応膜として炭化膜が形成される場合には、反応性ガスとしてアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭化水素系ガスが採用される。そして、反応膜として酸化膜が形成される場合には、反応性ガスとして酸素（Ｏ２）ガスが採用される。
【0055】
加えて、真空槽１２内の適宜の位置に、たとえば真空槽１２内の上部の適当な位置に、圧力計６２のゲージ部（測定部）６２ａが配置されるように、当該圧力計６２が設けられる。この圧力計６２は、真空槽１２内の圧力、厳密にはゲージ部６２ａの配置位置における圧力Ｐを、測定するための圧力測定手段である。そして、圧力計６２による圧力Ｐの測定値は、真空槽１２の外部にある反応ガス流量制御手段の一例としてのガス流量制御器６４に与えられる。なお、圧力計６２としては、たとえば絶対圧力を比較的に高い精度かつ高い分解能で測定可能な隔膜真空計が採用される。また、ゲージ部６２ａの配置位置は、真空槽１２内の上部に限らず、後述するプラズマ３００による影響が少ない位置であればよい。圧力計６２の本体は、真空槽１２の外部に設けられる。
【0056】
ガス流量制御器６４は、後述する如く圧力計６２による圧力Ｐの測定値が一定となるように、つまり当該圧力Ｐが一定となるように、反応性ガス導入用のマスフローコントローラ６０ｂを制御し、詳しくは当該マスフローコントローラ６０ｂを介して真空槽１２内へ導入される反応性ガスの流量Ｑｒを制御する。すなわち、真空槽１２内の圧力Ｐをパラメータとして、反応性ガスの流量Ｑｒが自動制御（フィードバック制御）される。
【0057】
また、図示を含む詳しい説明は省略するが、カソードフィラメント３０と当該カソードフィラメント３０に最も近い位置にある被処理物１００（つまり被処理物１００の公転経路におけるカソードフィラメント３０に最も近い部分）との間に、シャッタが設けられる。このシャッタは、マグネトロンスパッタカソード２４のターゲット２４２の被スパッタ面を、被処理物１００が置かれた空間に向けて露出させる開状態と、当該空間から遮蔽する閉状態と、に適宜に遷移する。
【0058】
さらに加えて、アースシールド２６の近傍、詳しくは平面部２６４ａの近傍に、アノード維持手段としての２本のアノードフィラメント７０および７０が設けられる。これら各アノードフィラメント７０および７０のそれぞれは、たとえばカソードフィラメント３０と同じ材料により形成されたものであり、つまりたとえば直径が約１ｍｍのタングステン製の線状部材である。なお、それぞれのアノードフィラメント７０は、カソードフィラメント３０とは異なる材料により形成されてもよいが、コスト面や管理面など観点から、当該カソードフィラメント３０と同じ素材により形成されるのが、望ましい。
【0059】
改めて図４を参照して、とりわけ図４（ａ）を参照して、各アノードフィラメント７０および７０は、これらをたとえば真空槽１２の中心軸Ｘａ側から見たときに、カソードフィラメント３０を間に挟んで当該カソードフィラメント３０の左右両側に設けられ、詳しくはアースシールド２６の平面部２６４ａのうちの左右両側の部分の手前側に設けられる。また、図４（ｂ）および図４（ｃ）を併せて参照して、各アノードフィラメント７０および７０のそれぞれは、カソードフィラメント３０と平行を成して、つまり鉛直方向に、直線状に延伸するように設けられる。そして、各アノードフィラメント７０および７０は、カソードフィラメント３０の軸線を含み、かつ、ターゲット２４２の被スパッタ面と直交する、不図示の仮想平面に関して互いに面対称を成すように設けられる。
【0060】
さらに図５を併せて参照して、それぞれのアノードフィラメント７０は、ターゲット２４２の被スパッタ面の短手方向において、自身に近い側の当該被スパッタ面の端縁に対応する位置から当該被スパッタ面の外方へ、換言すれば前述の仮想平面とは反対の方向へ、所定の距離Ｄａｐを置いた位置に設けられる。そして、ターゲット２４２の被スパッタ面に垂直な方向において、換言すればアースシールド２６の平面部２６４ａに垂直な方向において、それぞれのアノードフィラメント７０は、当該平面部２６４ａからターゲット２４２の被スパッタ面が向けられた方向へ、つまりたとえば図５においては上方へ、所定の距離Ｄａｖを置いた位置に設けられる。
【0061】
後述するように、それぞれのアノードフィラメント７０は、グロー放電およびアーク放電という２種類の放電の陽極としての機能を担い、この陽極としての機能を確実に果たし得るようにするために、ここで言う各距離ＤａｐおよびＤａｖが適宜に設定され、言わば最適化される。たとえば、ターゲット２４２の被スパッタ面の短手方向における距離Ｄａｐは、０ｍｍ～１５ｍｍ程度が適当である。すなわち、距離Ｄａｐは、０ｍｍであってもよく、この場合、それぞれのアノードフィラメント７０は、ターゲット２４２の被スパッタ面の短手方向における当該被スパッタ面の端縁に対応する位置に設けられ、つまり図５における当該被スパッタ面の端縁の真上に設けられる。極端に言えば、それぞれのアノードフィラメント７０は、ターゲット２４２の被スパッタ面の短手方向における当該被スパッタ面の端縁よりも内側に対応する位置に設けられてもよく、つまり当該被スパッタ面の前方に設けられてもよいのであるが、そうすると、ターゲット２４２の被スパッタ面の清掃時（ターゲット２４２の被スパッタ面は、一般に、成膜処理が行われるたびに、言わばバッチごとに、清掃される。）やターゲット２４２の交換時などのメンテナンス時に、それぞれのアノードフィラメント７０が邪魔となり、当該メンテナンス時の作業性が阻害される。また、距離Ｄａｐが過度に大きいと、それぞれのアノードフィラメント７０の周囲における前述の磁石ユニット２４４（永久磁石２４６）による磁界の作用が弱くなり、陽極としての機能を果し得なくなる。これらのことから、距離Ｄａｐは、０ｍｍ～１５ｍｍ程度が適当であり、たとえば５ｍｍとされる。
【0062】
一方、ターゲット２４２の被スパッタ面に垂直な方向における距離Ｄａｖは、５ｍｍ～３０ｍｍ程度とされる。たとえば、この距離Ｄａｖが過度に小さいと、それぞれのアノードフィラメント７０が振動などによりアースシールド２６の平面部２６４ａと接触する虞があり、甚だ不都合である。また、距離Ｄａｖが過度に大きいと、それぞれのアノードフィラメント７０の周囲における磁石ユニット２４４（永久磁石２４６）による磁界の作用が弱くなり、陽極としての機能を果し得なくなる。これらのことから、距離Ｄａｖは、５ｍｍ～３０ｍｍ程度が適当であり、たとえば１０ｍｍとされる。なお前述したように、ターゲット２４２の被スパッタ面に垂直な方向における当該被スパッタ面からカソードフィラメント３０までの距離Ｄｃｖは、５ｍｍ～５０ｍｍ程度が適当であることを鑑みると、当該距離Ｄｃｖに比べて、同方向におけるアースシールド２６の平面部２６４ａからそれぞれのアノードフィラメント７０までの距離Ｄａｖの方が、大きい場合があり得る。すなわちたとえば、図５において、カソードフィラメント３０よりも、それぞれのアノードフィラメント７０の方が、上方に位置する場合があり得る。このような位置関係にあっても、ターゲット２４２の被スパッタ面に垂直な方向における距離Ｄａｖが５ｍｍ～３０ｍｍという所定の範囲内にあれば、特段な不都合はない。
【0063】
また、改めてカソードフィラメント３０に言及すると、カソードフィラメント３０は、ターゲット２４２の被スパッタ面の短手方向において、当該被スパッタ面の中央に対応する位置に設けられる。したがって、図５に示されるように、ターゲット２４２の被スパッタ面の短手方向において、当該被スパッタ面の両端のそれぞれからカソードフィラメント３０までの距離Ｄｃｐは、互いに同じである。加えて前述したように、ダークスペース２６６の寸法Ｄｄは、たとえば約２ｍｍであるが、このような小さな値とされるのは、当該ダークスペース２６６に後述するプラズマ３００が入り込むのを防止するためである。
【0064】
図６は、マグネトロンスパッタカソード２４を含む部分をターゲット２４２の被スパッタ面の斜め前方から撮影した画像を示す。この図６に示されるように、カソードフィラメント３０の両端部は、適当な支持部材３０ａおよび３０ｂに固定される。また、図６からは分かり難いが、下方側の支持部材３０ｂには、カソードフィラメント３０に適当な張力を付与して、当該カソードフィラメント３０の直線状の状態を維持するための、張力付与手段としての張力付与機構が設けられ、詳しくは適当な錘が設けられる。
【0065】
これに対して、それぞれのアノードフィラメント７０の上方側端部は、固定端として適当な支持部材７０ａに固定される一方、下方側端部は、自由端として垂下した状態にある。したがって、それぞれのアノードフィラメント７０は、自重により直線状に延伸した状態を維持する。併せて、それぞれのアノードフィラメント７０は、その揺れを規制するために、適当な箇所において、たとえば当該アノードフィラメント７０の延伸方向における略中央の箇所と下方側端部の近傍の箇所との２箇所において、中継部材７０ｂにより緩やかに拘束される。図６からは分かり難いが、それぞれの中継部材７０ｂは、アノードフィラメント７０の直径よりも少し大きめの直径、たとえば約１．５ｍｍの直径の、挿通孔を有し、この挿通孔にアノードフィラメント７０を挿通させることで、当該アノードフィラメント７０の緩やかに拘束し、つまりアノードフィラメント７０の揺れを規制する。なお、それぞれの中継部材７０ｂは、電気的には真空槽１２などの他の要素とは絶縁され、いわゆる浮遊電位とされる。また、それぞれのアノードフィラメント７０の長さ寸法は、ターゲット２４２の長さ寸法と同程度であり、たとえば７００ｍｍである。
【0066】
改めて図１を参照して、それぞれのアノードフィラメント７０の上方側端部は、真空槽１２の外部において、ノイズ低減手段としてのリアクトル７２を介してアノードフィラメント電力供給手段としてのアノードフィラメント用電源装置７４に接続される。アノードフィラメント用電源装置７４は、真空槽１２を陰極とし、厳密にはアースシールド２６を陰極とし、アノードフィラメント７０を陽極として、これら両者にアノードフィラメント電力Ｅａｆを供給する。アノードフィラメント電力Ｅａｆは、接地電位を基準とする正電圧の直流電力であり、その電圧成分であるアノードフィラメント電圧Ｖａｆは、０Ｖ以上の所定の範囲内で任意に設定可能である。また、リアクトル７２は、スパッタ電源装置２８から出力される非対称バイポーラパルス電力であるスパッタ電力Ｅｓに起因するパルス状ノイズの影響を低減するために設けられる。
【0067】
なお、リアクトル７２は、各アノードフィラメント７０および７０に共通のものであり、アノードフィラメント用電源装置７４もまた、各アノードフィラメント７０および７０に共通のものである。すなわち、各アノードフィラメント７０および７０は、当該各アノードフィラメント７０および７０に共通の（つまり１つの）リアクトル７２を介して当該各アノードフィラメント７０および７０に共通の（つまり１つの）アノードフィラメント用電源装置７４に接続される。また、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖとされた場合、つまりはそうなるようにアノードフィラメント用電源装置７４により当該アノードフィラメント電圧Ｖａｆが設定された場合、各アノードフィラメント７０および７０は、接地電位となる。
【0068】
このような構成のマグネトロンスパッタ装置１０によれば、被処理物１００の表面に種々の反応膜を形成することができ、とりわけ絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことができる。たとえば、絶縁性被膜として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を形成する場合について、説明する。この場合、ターゲット２４２としてたとえば純度が４Ｎ以上のアルミニウムが採用される。併せて、反応性ガスとしてたとえば純度が５Ｎ以上の窒素ガスが採用される。
【0069】
その上で、まず、真空槽１２内に被処理物１００が設置され、つまりホルダ４０に取り付けられる。そして、真空槽１２内が真空ポンプ１８により２×１０－３Ｐａ程度の圧力Ｐになるまで排気され、いわゆる真空引きが行われる。その後、モータ４８が駆動されて、被処理物１００の自公転が開始される。併せて、カーボンヒータ５２にヒータ加熱用電力が供給されて、被処理物１００が１５０℃程度にまで加熱される。これにより、被処理物１００に含まれている不純物ガスが排出され、いわゆる脱ガス処理が行われる。
【0070】
この脱ガス処理が所定時間（たとえば３０分間～１時間程度）にわたって行われた後、カーボンヒータ５２へのヒータ加熱用電力の供給が停止され、続いて、放電洗浄処理が行われる。この放電洗浄処理においては、カソードフィラメント３０にカソード電力Ｅｃが供給される。これを受けて、カソードフィラメント３０が加熱されて、当該カソードフィラメント３０から熱電子が放出される。併せて、カソードフィラメント３０にアーク放電用電力Ｅｄが供給される。すなわち、アースシールド２６を陽極とし、カソードフィラメント３０を陰極として、これら両者にアーク放電用電力Ｅｄが供給される。これにより、陰極であるカソードフィラメント３０から放出された熱電子が、陽極であるアースシールド２６に向かって、とりわけ当該アースシールド２６の平面部２６４ａに向かって、加速される。この状態で、真空槽１２内にアルゴンガスが導入される。すると、加速された熱電子がアルゴンガスの粒子に衝突して、その衝撃により、当該アルゴンガスの粒子が電離して、プラズマ３００が発生する。
【0071】
ここで、カソードフィラメント３０の周囲を含むターゲット２４２の被スパッタ面の近傍には、前述の永久磁石２４６による磁界が形成されているので、カソードフィラメント３０からアースシールド２６に向かって加速された熱電子は、当該磁界の作用により螺旋運動する。その結果、熱電子がアルゴンガスの粒子と衝突する頻度が増大して、プラズマ３００が高密度化される。このようなプラズマ３００の放電態様は、低電圧大電流のアーク放電である。
【0072】
なお、アーク放電は、たとえば真空槽１２内の圧力Ｐが０．０１Ｐａ～１Ｐａの範囲で、つまり当該圧力Ｐが比較的に低い状況下であっても、誘起される。また、アーク放電用電力Ｅｄは、一定とされ、詳しくは当該アーク放電用電力Ｅｄの電圧成分であるアーク放電電圧Ｖｄが一定とされた状態で、当該アーク放電用電力Ｅｄの電流成分であるアーク放電電流Ｉｄが一定となるように、カソード電力Ｅｃが制御され、つまりカソードフィラメント３０からの熱電子の放出量が制御される。これにより、アーク放電によるプラズマの密度の安定化が図られる。
【0073】
このアーク放電によるプラズマ３００が発生している状態で、被処理物１００に基板バイアス電力Ｅｂが供給される。すなわち、真空槽１２を陽極とし、被処理物１００を陰極として、これら両者に基板バイアス電力Ｅｂが供給される。すると、プラズマ３００中のアルゴン粒子、とりわけアルゴンイオンが、被処理物１００の表面に積極的に入射される。その衝撃により、被処理物１００の表面から不純物が取り除かれ、いわゆる放電洗浄処理が行われる。なお、被処理物１００は、前述の如く自公転しているので、この自公転の過程でプラズマ３００に晒される状態にあるときに放電洗浄処理を施される。言い換えれば、被処理物１００は、簡潔的に放電洗浄処理を施される。
【0074】
この放電洗浄処理が所定時間（たとえば約３０分間）にわたって行われた後、窒化アルミニウム膜を形成するための成膜処理が行われる。そのために、マグネトロンスパッタカソード２４にスパッタ電力Ｅｓが供給される。すなわち、アースシールド２６を陽極とし、マグネトロンスパッタカソード２４を陰極として、これら両者にスパッタ電力Ｅｓが供給される。すると、プラズマ３００中のアルゴンイオンがマグネトロンスパッタカソード２４のターゲット２４２の被スパッタ面に衝突して、当該ターゲット２４２の被スパッタ面からアルミニウム粒子が叩き出され、つまりスパッタされる。このとき、スパッタの対象となる領域である被スパッタ領域は、ターゲット２４２の被スパッタ面に限定され、つまりはそうなるようにアースシールド２６が設けられる。さらに、真空槽１２内に反応性ガスとしての窒素ガスが導入される。この窒素ガスの粒子は、プラズマ３００によって分解される。
【0075】
ターゲット２４２の被スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子としてのアルミニウム粒子は、基板バイアス電力Ｅｂが供給された被処理物１００に向かって加速される。併せて、プラズマ３００により分解された窒素ガスの粒子もまた、被処理物１００に向かって加速される。これらのアルミニウム粒子と窒素粒子とが被処理物１００の表面に付着して互いに反応することで、当該被処理物１００の表面にアルミニウム粒子と窒素粒子とを成分とする絶縁性被膜である窒化アルミニウム膜が形成される。さらに、プラズマ３００中のアルゴンイオンもまた、被処理物１００に向かって加速される。このアルゴンイオンによる被処理物１００の表面に対するボンバードメント作用により、当該被処理物１００の表面に形成された窒化アルミニウム膜の密度の向上が図られる。
【0076】
この成膜処理においては、スパッタ電力Ｅｓの供給によっても、アルゴンガス粒子が放電して、高電圧小電流のグロー放電によるマグネトロンプラズマが誘起される。すなわち、プラズマ３００は、前述のアーク放電に加えて、グロー放電によるマグネトロンプラズマを含んだ（合わせた）態様となる。このグロー放電によるマグネトロンプラズマは、前述の永久磁石２４６による磁界の作用により、ターゲット２４２の被スパッタ面に張り付くように発生する。
【0077】
そして、アルミニウム粒子、窒素粒子およびアルゴン粒子は、被処理物１００に向かって飛翔する途中で、極めて高密度なプラズマ３００の空間を通過する。これにより、アルミニウム粒子、窒素粒子およびアルゴン粒子は、より活性化され、より効率的にイオン化される。このイオン化率の向上によって、被処理物１００の表面に入射されるイオンの量が増加し、当該被処理物１００の表面に形成される窒化アルミニウム膜の高硬度化が図られる。併せて、アルミニウム粒子と窒素粒子との相互の結合力が増大するので、窒化アルミニウム膜の緻密化が図られる。加えて、被処理物の表面に対するアルゴンイオンによるボンバードメント作用が増強されるので、反応膜の密度のさらなる向上が図られる。
【0078】
この成膜処理においても、前述の放電洗浄処理と同様、被処理物１００は、自公転する過程でプラズマ３００に晒される状態にあるときに、当該成膜処理を施される。すなわち、被処理物１００は、簡潔的に成膜処理を施される。また、成膜処理時の真空槽１２内の圧力Ｐは、たとえば０．１Ｐａ～１Ｐａの範囲で制御される。
【0079】
ここで特に、図４を参照して、ターゲット２４２の被スパッタ面に注目すると、プラズマ３００が発生する当該被スパッタ面の近傍のうち、前述の永久磁石２４６の間隙２４６ｃに倣う領域において、当該プラズマ３００の密度がより高くなる。したがって、ターゲット２４２の被スパッタ面のうち、プラズマ３００の密度がより高い領域が、つまり永久磁石２４６の間隙２４６ｃに倣う領域が、より効率的（集中的）にスパッタされる。その結果、ターゲット２４２の被スパッタ面に永久磁石２４６の間隙２４６ｃに倣うような概略矩形ループ状（または長円ループ状）のスパッタ痕が現れ、いわゆるエロージョン領域２４２ａが形成される。
【0080】
この成膜処理が所定時間（所定の膜厚の窒化アルミニウム膜が形成されるのに必要な時間）にわたって行われた後、真空槽１２内へのアルゴンガスおよび窒素ガスの導入が停止される。併せて、マグネトロンスパッタカソード２４へのスパッタ電力Ｅｓの供給が停止されるとともに、カソードフィラメント３０へのカソード電力Ｅｃおよびアーク放電用電力Ｅｄの供給が停止される。これにより、プラズマ３００が消失する。さらに、被処理物１００への基板バイアス電力Ｅｂの供給が停止される。そして、真空槽１２内が真空ポンプ１８により高真空に維持された状態で、当該真空槽１２内が所定の温度（たとえば１５０℃）に低下するまで待機され、つまり適当な冷却期間が置かれる。その後、モータ４８の駆動が停止されて、被処理物１００の自公転が停止される。その上で、真空槽１２内が外部に開放されて、当該真空槽１２内から被処理物１００が外部に取り出される。これをもって、窒化アルミニウム膜を形成するための成膜処理を含む一連の処理が終了する。
【0081】
この一連の処理に係る説明において、とりわけ成膜処理に係る説明において、ガス流量制御器６４については、特段に言及しなかったが、前述したように、ガス流量制御器６４は、真空槽１２内の圧力Ｐが一定となるように、反応性ガス導入用のマスフローコントローラ６０ｂを制御し、詳しくは当該マスフローコントローラ６０ｂを介して真空槽１２内へ導入される反応性ガスの流量Ｑｒを制御する。一方、不活性ガスの流量Ｑｄについては、一定とされる。併せて、コンダクタンスバルブ２２の（羽根部材の）角度θが一定とされることで、真空槽１２の排気口１４における実効排気速度が一定とされる。このような要領により成膜処理が行われることによって、絶縁性被膜を含む反応膜を良好な再現性で形成することができ、とりわけ当該反応膜の可視光透過性（透明性）および膜厚について良好な再現性を得ることができる。
【0082】
このことについて、前述の特許文献１に開示された従来技術と比較して、詳しく説明すると、当該従来技術においても（特許文献１には明記されていないが）、本実施例におけるのと同様のコンダクタンスバルブが設けられる。その一方で、従来技術においては、不活性ガスの流量Ｑｄが一定とされるとともに、反応性ガスの流量Ｑｒもまた一定とされ、この状態で、真空槽内の圧力Ｐが一定となるように、コンダクタンスバルブの角度θが制御され、つまり真空槽の排気口における実効排気速度が制御される。すなわち、真空槽１２内の圧力Ｐをパラメータとして、コンダクタンスバルブの角度θが自動制御（フィードバック制御）される。要するに、真空槽１２内の圧力Ｐをパラメータとして、反応性ガスの流量Ｑｒが自動制御される、という本実施例とは異なる要領により成膜処理が行われる。
【0083】
ところが、従来技術では、反応膜の再現性が得られない、とりわけ当該反応膜の可視光透過性および膜厚の再現性が得られない、という不都合がある。これは、成膜処理が行われるたびに、つまりバッチごとに、また、当該バッチが繰り返されるに連れて、ターゲットの被スパッタ面のスパッタ速度が変化することに起因するものと推測される。
【0084】
ここで、反応膜の可視光透過性は、当該反応膜の組成の影響を受ける。前述したように、真空槽内においては、ターゲットの被スパッタ面に張り付くようにマグネトロンプラズマが発生しており、これに加えて、アーク放電による極めて高密度なプラズマが発生しており、ゆえに、当該被スパッタ面が晒された空間は、化学的に極めて活性である。したがってたとえば、窒化アルミニウム膜などの窒化膜を形成するための成膜処理が行われると、ターゲットの被スパッタ面のエロージョン領域と非エロージョン領域との境界付近に窒素が侵入し、つまり当該境界付近が窒化される（または窒化に似たような現象が生じる）ものと考えられる。そして、この窒化の度合いがバッチごとに異なることで、当該バッチごとに、換言すれば比較的に短い期間（短期スパン）であっても、スパッタ速度が変化し、これにより、窒化膜の組成比が変わり、ひいては窒化膜の可視光透過性の再現性が得られなくなるものと推測される。なお、炭化膜や酸化膜などの窒化膜以外の反応膜を形成するための成膜処理が行われる場合も、これと同様の現象が生ずる。
【0085】
また、スパッタ速度が変化すると、反応膜の形成速度（成膜速度）が変化し、その結果、当該反応膜の膜厚が変わる。特に、バッチが繰り返されるに連れて（長期スパン）、スパッタ速度が低下し、これに伴って、反応膜の形成速度が低下して、当該反応膜の膜厚が小さくなる傾向にある。たとえば、初期（新品）のターゲットの厚さ寸法が８ｍｍであり、エロージョン領域の深さ寸法が７ｍｍになるまで当該ターゲットが使用される、とすると、使用末期のターゲットのエロージョン領域の表面積は、使用初期のターゲットのエロージョン領域の表面積に比べて、１．１倍程度の大きさとなる。このため、スパッタ電力が一定である場合に、使用初期のターゲットに作用する当該スパッタ電力のパワー密度に比べて、使用末期のターゲットに作用する当該スパッタ電力のパワー密度が、１０％程度低下する。これにより、バッチが繰り返されるに連れて、スパッタ速度が低下し、これに伴って、反応膜の形成速度が低下して、当該反応膜の膜厚が小さくなるものと推測される。
【0086】
この不都合を解消するために、本実施例においては、前述の如く不活性ガスの流量Ｑｄが一定とされるとともに、コンダクタンスバルブ２２の角度θが一定とされ、この状態で、真空槽１２内の圧力Ｐが一定となるように、反応性ガスの流量Ｑｒが自動制御される。なお、スパッタ電力Ｅｓは、一定とされ、アーク放電用電力Ｅｄもまた、一定とされ、さらに、基板バイアス電圧Ｖｂ（平均値）もまた、一定とされる。特に、アーク放電用電力Ｅｄは、その電圧成分であるアーク放電電圧Ｖｄが一定とされた状態で、当該アーク放電用電力Ｅｄの電流成分であるアーク放電電流Ｉｄが一定となるように、カソード電力Ｅｃが自動制御されることで、一定とされる。これにより、ターゲット２４２の被スパッタ面のスパッタ速度の安定化が図られ、ひいては反応膜の再現性の向上が図られ、とりわけ当該反応膜の可視光透過性および膜厚の再現性の向上が図られる。
【0087】
このことを検証するために、本実施例において、窒化アルミニウム膜を形成するための成膜処理が行われているときに、真空槽１２内の圧力Ｐと反応性ガスとしての窒素ガスの流量Ｑｒとがどのように遷移するのかを確認する実験を行った。その結果、次のようなことが判明した。
【0088】
図示は省略するが、真空槽１２内の圧力Ｐを観察したところ、当該真空槽１２内の圧力Ｐは、多少（微妙に）変動しつつ、時折、瞬間的に上昇することが、つまりそのように遷移することが、分かった。そして、窒素ガスの流量Ｑｒを観測したところ、当該窒素ガスの流量Ｑｒは、真空槽１２内の圧力Ｐの遷移に応じて、言わば同期して、多少変動しつつ、時折、詳しくは真空槽１２内の圧力Ｐが瞬間的に上昇したときに、瞬間的に減少することが分かった。なお、真空槽１２内の圧力Ｐが瞬間的に上昇する周期、換言すれば窒素ガスの流量Ｑｒが瞬間的に減少する周期は、一定ではなく、数分間～十数分間であり、不定である。また、真空槽１２内の圧力Ｐが瞬間的に上昇した状態にある時間、換言すれば窒素ガスの流量Ｑｒが瞬間的に減少した状態にある時間は、数秒間であり、詳しくは２～３秒間である。
【0089】
このような真空槽１２内の圧力Ｐと窒素ガスの流量Ｑｒとの遷移から、窒化アルミニウム膜を形成するための成膜処理においては、次のような現象が生じているものと推測される。
【0090】
すなわち、窒化アルミニウム膜を含む窒化膜を形成するための成膜処理においては、前述の如くターゲット２４２の被スパッタ面のエロージョン領域２４２ａと非エロージョン領域との境界付近が窒化されるものと考えられる。この窒化によって、ターゲット２４２の被スパッタ面からスパッタされるアルミニウム粒子の量が減少し、これに伴い、当該アルミニウム粒子（スパッタ粒子）と反応する窒素ガスの粒子の量が減少し、つまり当該アルミニウム粒子と反応することで消費される窒素ガス粒子の量が減少する。その結果、真空槽１２内の圧力Ｐが上昇するものと推測される。
【0091】
ここで、本実施例においては、前述の如く真空槽１２内の圧力Ｐが一定となるように、窒素ガスの流量Ｑｒが自動制御される。すなわち、上昇した真空槽１２内の圧力を下げる方向へ窒素ガスの流量Ｑｒが自動制御され、つまり当該窒素ガスの流量Ｑｒが減らされる。すると、真空槽１２内における窒素ガス粒子の量に対するアルゴンガス粒子の量の比率が高くなり、これにより、アルゴンガス粒子、とりわけアルゴンイオンが、ターゲット２４２の被スパッタ面に衝突する頻度（回数）が高くなる。その結果、窒化によりターゲット２４２の被スパッタ面に形成された窒化層がアルゴンイオンによって削り取られ、当該ターゲット２４２の被スパッタ面からスパッタされるアルミニウム粒子の量が増加する。すると今度は、増加したアルミニウム粒子と反応することで消費される窒素ガス粒子の量が増加し、その分、真空槽１２内の圧力Ｐが低下する。これに応答して、真空槽１２内の圧力Ｐの低下を補うべく、換言すれば増加したアルミニウム粒子と反応するのに必要な窒素ガス粒子を補充するべく、窒素ガスの流量Ｑｒが増やされ、元の状態に復帰する。
【0092】
このような現象が繰り返されることで、本実施例によれば、前述の如く時折、真空槽１２内の圧力Ｐが瞬間的に上昇するとともに、窒素ガスの流量Ｑｒが瞬間的に減少しつつ、ターゲット２４２の被スパッタ面に形成された窒化層が適宜に削り取られ、言わば当該被スパッタ面がリフレッシュされる。これにより、ターゲット２４２の被スパッタ面のスパッタ速度の安定化が図られ、ひいては窒化アルミニウム膜の再現性の向上が図られ、とりわけ当該窒化アルミニウム膜の可視光透過性および膜厚の再現性の向上が図られるものと推測される。
【0093】
図示を含む詳しい説明は省略するが、本実施例において、実際に窒化アルミニウム膜を形成して、その再現性が得られるかどうかの、とりわけ可視光透過性および膜厚の再現性が得られるかどうかの、実験を行ったところ、良好な再現性が得られることが確認された。ただし、それには当然に、成膜処理が安定的に行われることが前提であり、とりわけ窒化アルミニウム膜などの絶縁性被膜を形成するための成膜処理が安定的に行われるには、アノードフィラメント７０および７０が重要な役割を果たす。
【0094】
すなわち前述したように、アノードフィラメント７０および７０は、グロー放電およびアーク放電という２種類の放電の陽極としての機能を担う。このようなアノードフィラメント７０および７０が設けられることで、窒化アルミニウム膜などの絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことが可能となる。
【0095】
具体的に説明すると、本実施例においては、本来的にはアースシールド２６がグロー放電およびアーク放電という２種類の放電の陽極としての機能を担う。ところが、窒化アルミニウム膜などの絶縁性被膜を形成するための成膜処理が行われると、当該絶縁性被膜（厳密には絶縁性被膜の構成要素となる絶縁性物質）がアースシールド２６の表面に付着し、とりわけ当該アースシールド２６の平面部２６４ａに付着する。そして、この現象が続くと、アースシールド２６の表面が、厳密には平面部２６４ａを含む陽極として機能し得る部分が、絶縁性被膜により覆われてしまい、当該アースシールド２６が陽極として機能し得なくなる。
【0096】
その一方で、本実施例においては、アースシールド２６の近傍に、詳しくは平面部２６４ａの近傍に、アノードフィラメント７０および７０が設けられる。そして、それぞれのアノードフィラメント７０は、接地電位（０Ｖ）またはそれ以上の所定の電位とされる。したがって、プラズマ３００中の電子は、アースシールド２６のみならず、それぞれのアノードフィラメント７０にも流れ込む。すなわち、それぞれのアノードフィラメント７０もまた、グロー放電およびアーク放電という２種類の放電の陽極として機能する。
【0097】
しかも、それぞれのアノードフィラメント７０は、直径が約１ｍｍというタングステン製の細長い線状部材であるので、自身にプラズマ３００中の電子が流れ込むことで、ジュール熱より加熱され、とりわけ１５００℃以上に加熱されることで、赤熱する。このようにしてアノードフィラメント７０が赤熱すると、当該アノードフィラメント７０の表面に絶縁性被膜（厳密には反応性ガスの粒子と反応する前のスパッタ粒子）が付着したとしても、この付着した絶縁性被膜は再蒸発する。したがって、アノードフィラメント７０の表面は、常に導電性を維持し、これにより、当該アノードフィラメント７０の陽極としての機能が維持され、言わば陽極の消失が防止される。併せて、プラズモイドの発生も防止される。その結果、放電（プラズマ３００）が維持され、ひいては窒化アルミニウム膜などの絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことが可能となる。
【0098】
なお、スパッタ電力Ｅｓ（言わばスパッタ出力）およびアーク放電用電力Ｅｄ（言わばアーク出力）が比較的に大きい場合は、アノードフィラメント７０が接地電位であっても、つまりアノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖであっても、当該アノードフィラメント７０は十分に赤熱し、厳密には自身の表面に絶縁性被膜が付着したとしても、それが蒸発し得る程度に加熱され、陽極としての機能を維持する。一方、スパッタ電力Ｅｓおよびアーク放電用電力Ｅｄが比較的に小さい場合は、アノードフィラメント７０が接地電位であると、つまりアノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖであると、当該アノードフィラメント７０が赤熱し得ないことがあり、つまり陽極としての機能を維持し得ないことがある。そのような場合は、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖよりも大きい適当な値とされることによって、アノードフィラメント７０への電子の流入が促進され、当該アノードフィラメント７０が赤熱するようになり、つまり陽極としての機能を維持し得るようになる。ただし、アノードフィラメント電圧Ｖａｆは、後述する理由により３０Ｖ以下とされ、つまり０Ｖ～３０Ｖの範囲内で適宜に設定される。
【0099】
図７は、窒化アルミニウム膜を形成するための成膜処理が行われているときのマグネトロンスパッタカソード２４を含む部分の撮影画像を示す。この図７から分かるように、それぞれのアノードフィラメント７０は、赤熱しており、このことから、当該アノードフィラメント７０は、１５００℃以上に加熱されているものと推測される。なお、カソードフィラメント３０は、赤色よりも白に近い色を呈しており、このことから、当該カソードフィラメント３０は、２０００℃以上に加熱されているものと推測される。また、ターゲット２４２の前方は、少し紫がかった白っぽい色を呈しているが、これは、プラズマ３００である。この図７に示される状態による成膜処理が行われた後、それぞれのアノードフィラメント７０の表面を検査したところ、当該アノードフィラメント７０の表面への窒化アルミニウム膜の付着は見られず、また、導電性が維持されていることが確認された。
【0100】
ちなみに、図７に示される撮影画像が得られたときの成膜条件は、次の通りである。
【0101】
アルゴンガス流量Ｑｄ １５０ｍＬ／ｍｉｎ
窒素ガス流量Ｑｒ １４０～１３０ｍＬ／ｍｉｎ（自動制御）
真空槽内圧力Ｐ ０．２２０Ｐａ
コンダクタンスバルブ角度θ ４０度
スパッタ電力Ｑｓ １５ｋＷ（３９５Ｖ×４７．４Ａ×０．８）
アーク放電用電力Ｅｄ ２５０Ｗ（５０Ｖ×５Ａ）
アノードフィラメント電圧Ｖａｆ ０Ｖ（接地電位）
アノードフィラメント電流Ｉａｆ １３．７Ａ
窒素ガス流量Ｑｒ １４０～１３０ｍＬ／ｍｉｎ（自動制御）
真空槽内圧力Ｐ ０．２２０Ｐａ
コンダクタンスバルブ角度θ ４０度
スパッタ電力Ｑｓ １５ｋＷ（３９５Ｖ×４７．４Ａ×０．８）
アーク放電用電力Ｅｄ ２５０Ｗ（５０Ｖ×５Ａ）
アノードフィラメント電圧Ｖａｆ ０Ｖ（接地電位）
アノードフィラメント電流Ｉａｆ １３．７Ａ
【0102】
なお前述したように、本実施例においては、真空槽１２内の圧力Ｐが一定となるように、窒素ガスの流量Ｑｒが自動制御されることから、ここでは、当該窒素ガスの流量Ｑｒが１４０ｍＬ／ｍｉｎ～１３０ｍＬ／ｍｉｎという範囲で変動する。また、１５ｋＷというスパッタ電力Ｑｓの詳細は、スパッタ電圧Ｖｓ（平均値）が－３９５Ｖ、当該スパッタ電力Ｑｓの電流成分であるスパッタ電流Ｉｓが４７．４Ａ、デューティ比が２０％である。そして、２５０Ｗというアーク放電用電力Ｅｄの詳細は、アーク放電電圧Ｖｄが５０Ｖ、アーク放電電流Ｉｄが５Ａである。さらに、アノードフィラメント電流Ｉａｆは、２本のアノードフィラメント７０および７０にプラズマ３００中の電子が流れ込むことで、当該２本のアノードフィラメント７０および７０に流れる電流（電子電流）の総和である。
【0103】
ここでたとえば、スパッタ電力Ｑｓが５ｋＷと比較的に小さい場合、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖであると、つまりアノードフィラメント７０が接地電位であると、当該アノードフィラメント７０が赤熱し得ない。また、この状態にあるときのアノードフィラメント電流Ｉａｆは、８．７Ａと比較的に小さい。この場合、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが１５Ｖとされることで、アノードフィラメント電流Ｉａｆが１３．１Ａに増大し、これにより、スパッタ電力Ｑｓが１５ｋＷであるとき同様に、それぞれのアノードフィラメント７０が赤熱するとともに、当該それぞれのアノードフィラメント７０の表面の導電性が維持されることが確認された。これはすなわち、窒化アルミニウム膜の形成速度が１／３とされる成膜条件であっても、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが適宜に設定されることで、それぞれのアノードフィラメント７０の陽極としての機能が維持され、ひいては窒化アルミニウム膜などの絶縁性被膜を形成するための成膜処理が安定的に行われることを、意味する。
【0104】
加えて、窒化アルミニウム膜を形成するための成膜処理が行われているときに、時間の経過に対して、換言すればアースシールド２６の状態に応じて、アノードフィラメント電流Ｉａｆがどのように遷移するのかを確認する実験を行った。その結果を、図８に示す。なお、図８において、●印が付された太実線は、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖであるときの、つまりそれぞれのアノードフィラメント７０が接地電位とされたときの、アノードフィラメント電流Ｉａｆの遷移を示す。そして、■印が付された太実線は、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが１５Ｖであるときのアノードフィラメント電流Ｉａｆの遷移を示す。
【0105】
また、この実験における成膜条件は、次の通りである。特に、窒素ガスの流量Ｑｒについては、自動制御されず、一定とされた。そして、この実験は、アースシールド２６が十分に洗浄（ブラスト処理）されることで、当該アースシールド２６が陽極として十分に機能し得る状態とされた上で、行われた。
【0106】
アルゴンガス流量Ｑｄ １５０ｍＬ／ｍｉｎ
窒素ガス流量Ｑｒ １００ｍＬ／ｍｉｎ
真空槽内圧力Ｐ ０．２２０Ｐａ
コンダクタンスバルブ角度θ ４０度
スパッタ電力Ｑｓ １５ｋＷ（３９５Ｖ×４７．４Ａ×０．８）
アーク放電用電力Ｅｄ ２５０Ｗ（５０Ｖ×５Ａ）
窒素ガス流量Ｑｒ １００ｍＬ／ｍｉｎ
真空槽内圧力Ｐ ０．２２０Ｐａ
コンダクタンスバルブ角度θ ４０度
スパッタ電力Ｑｓ １５ｋＷ（３９５Ｖ×４７．４Ａ×０．８）
アーク放電用電力Ｅｄ ２５０Ｗ（５０Ｖ×５Ａ）
【0107】
この実験によれば、図８に示されるように、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖである場合も、１５Ｖである場合も、時間の経過に伴って、アノードフィラメント電流Ｉａｆが増大する。そして、アノードフィラメント電流Ｉａｆは、約６０分間という時間が経過した時点以降で飽和する。このようなアノードフィラメント電流Ｉａｆの推移から、次のようなことが推測される。
【0108】
すなわち、成膜処理が開始された当初は、アースシールド２６とそれぞれのアノードフィラメント７０との両方が陽極として機能するので、プラズマ３００中の電子がアースシールド２６に流れ込む分だけ、それぞれのアノードフィラメント７０に流れ込む電子の量が少なく、つまりアノードフィラメント電流Ｉａｆが小さい。そして、時間の経過に伴って、つまり成膜処理が進むに連れて、アースシールド２６の平面部２６４ａを含む当該アースシールド２６の表面に窒化アルミニウム膜が付着することで、プラズマ３００中からアースシールド２６に流れ込む電子の量が減少する。その一方で、プラズマ３００は、自身（放電）を維持するために、アースシールド２６に代わる陽極を探し、その結果、当該プラズマ３００中からそれぞれのアノードフィラメント７０に流れ込む電子の量が増大し、これにより、アノードフィラメント電流Ｉａｆが増大する。そして、約６０分間という時間が経過した時点以降は、アースシールド２６が殆ど陽極として機能し得ず、主にそれぞれのアノードフィラメント７０が陽極として機能することになり、結果的に、アノードフィラメント電流Ｉａｆが飽和するものと推測される。
【0109】
なお、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖである場合のアノードフィラメント電流Ｉａｆに注目すると、当該アノードフィラメント電流Ｉａｆは、約１３．５Ａという値で飽和する。この約１３．５Ａという値は、プラズマ３００が安定的に維持されるのに必要なアノードフィラメント電流Ｉａｆの最小値であるものと考えられる。また、図８に示される実験結果においては、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖである場合も、１５Ｖである場合も、成膜処理が開始されてから約５分間という時間が経過するまでの間は、アノードフィラメント電流Ｉａｆが減少する傾向にあるが、その理由については、不明である。いずれにしても、この実験によれば、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖである場合も、１５Ｖである場合も、時間の経過に伴って、アノードフィラメント電流Ｉａｆが増大し、約６０分間という時間が経過した時点以降で、当該アノードフィラメント電流Ｉａｆが飽和することが判明した。
【0110】
さらに、窒化アルミニウム膜を形成するための成膜処理が行われるときのアノードフィラメント電圧Ｖａｆとアノードフィラメント電流Ｉａｆとの関係を確認する実験を行った。その結果を、図９に示す。なお、図８において、●印が付された太実線は、スパッタ電力Ｑｓが０ｋＷである場合の、つまりグロー放電が誘起されず、アーク放電のみが誘起されている状態にある場合の、アノードフィラメント電圧Ｖａｆとアノードフィラメント電流Ｉａｆとの関係を示す。そして、■印が付された太実線、○印が付された太実線、および、□印が付された太実線は、それぞれスパッタ電力Ｑｓが５ｋＷ、１０ｋＷおよび１５ｋＷである場合のアノードフィラメント電圧Ｖａｆとアノードフィラメント電流Ｉａｆとの関係を示す。
【0111】
また、この実験における成膜条件は、次の通りである。特に、窒素ガスの流量Ｑｒについては、自動制御されず、一定とされた。そして、この実験は、アースシールド２６の表面が窒化アルミニウム膜により十分に覆われた状態とされた上で、つまりアースシールド２６が陽極として殆ど機能し得ない状態とされた上で、行われた。
【0112】
アルゴンガス流量Ｑｄ １５０ｍＬ／ｍｉｎ
窒素ガス流量Ｑｒ １００ｍＬ／ｍｉｎ
真空槽内圧力Ｐ ０．２２０Ｐａ
コンダクタンスバルブ角度θ ４０度
アーク放電用電力Ｅｄ ２５０Ｗ（５０Ｖ×５Ａ）
窒素ガス流量Ｑｒ １００ｍＬ／ｍｉｎ
真空槽内圧力Ｐ ０．２２０Ｐａ
コンダクタンスバルブ角度θ ４０度
アーク放電用電力Ｅｄ ２５０Ｗ（５０Ｖ×５Ａ）
【0113】
この実験によれば、図９に示されるように、スパッタ電力Ｑｓが０ｋＷである場合の、つまりアーク放電のみが誘起されている状態にある場合の、アノードフィラメント電圧Ｖａｆとアノードフィラメント電流Ｉａｆとの関係に注目すると、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖであるときのアノードフィラメント電流Ｉａｆは、約０．４Ａである。これはすなわち、５Ａというスパッタ電流Ｉｓのうちの０．４Ａのみが、アノードフィラメント７０および７０に流れ、それ以外の４．６Ａは、真空槽１２内の壁部の適当な箇所に流れ、これによって、アーク放電が維持されることを意味する。そして、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが増大されるに従って、アノードフィラメント電流Ｉａが増大し、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが概ね１５Ｖ以上となるあたりで、アノードフィラメント電流Ｉａｆが飽和する傾向にある。
【0114】
これに対して、スパッタ電力Ｑｓが５ｋＷ、１０ｋＷまたは１５ｋＷである場合は、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが増大しても、アノードフィラメント電流Ｉａｆは大きく変化せず、単調に微増する傾向にあり、言わば概ね飽和した状態にある。なお、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖであるときのアノードフィラメント電流Ｉａｆは、１０Ａ前後であり、スパッタ電力Ｑｓが０ｋＷである場合の約０．４Ａというアノードフィラメント電流Ｉａｆの値と比較すると、アノードフィラメント７０および７０に流れ込む電子の大部分は、グロー放電の電子であるものと推測される。因みに、アノードフィラメント電流Ｉａｆとグロー放電を誘起させるためのスパッタ電流Ｉｓとを比較したところ、スパッタ電流Ｉｓの３０％～４０％がアノードフィラメント７０および７０に電子電流として流れることが判明した。
【0115】
また、図９に示される実験結果によれば、スパッタ電力Ｑｓが５ｋＷ、１０ｋＷまたは１５ｋＷである場合は、アノードフィラメント電圧Ｖａｆの増大に従って、アノードフィラメント電流Ｉａｆが微増する傾向にあることから、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが大きいほど、アノードフィラメント電流Ｉａｆが大きくなり、それぞれのアノードフィラメント７０が確実に赤熱し得ることになる。しかしながら、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが過度に大きいと、詳しくは４０Ｖ以上となると、プラズマ３００の空間電位が過度に高くなり、真空槽１２内に放電痕（アーク痕）が発生し、不都合である。この不都合を回避するために、アノードフィラメント電圧Ｖａｆは、４０Ｖ未満であるのが望ましく、適当な余裕を考慮して３０Ｖ以下とされ、つまり０Ｖ～３０Ｖの範囲内とされる。また、この範囲内であれば、とりわけアノードフィラメント電圧Ｖａｆが３０Ｖであれば、概ね確実にアノードフィラメント７０および７０が赤熱する。これらのことから、アノードフィラメント電圧Ｖａｆは、確実にアノードフィラメント７０および７０が赤熱するのに最小限必要な値とされる。
【0116】
さらに加えて、窒化アルミニウム膜を形成するための成膜処理が行われているときに、時間の経過に対して、換言すればアースシールド２６の状態に応じて、基板バイアス電力Ｅｂの電流成分である基板電流Ｉｂが、つまり被処理物１００に流れる電流である当該基板電流Ｉｂが、どのように遷移するのかを確認する実験を行った。併せて、本実施例の比較対象として、アノードフィラメント７０および７０を取り外すことで、疑似的に従来技術を構成し、この疑似的な従来技術についても、基板電流Ｉｂがどのように遷移するのかの実験を行った。これらの結果を、詳しくは基板電流Ｉｂを時系列で記録したログデータの一例、図１０に示す。
【0117】
なお、図１０（ａ）が、疑似的な従来技術についての実験結果を示し、図１０（ｂ）が、本実施例についての実験結果を示す。これら図１０（ａ）および図１０（ｂ）のそれぞれにおいては、基板バイアス電圧Ｖｂ（平均値）のログデータについても、参考用として示してある。また、図１０（ａ）および図１０（ｂ）のそれぞれにおける横軸は、時間を表し、当該横軸の１目盛は、約８０分間に相当する。そして、横軸における時点ｔ０は、成膜処理が開始された時点を示す。
【0118】
この実験における成膜条件は、次の通りである。特に、本実施例についての実験においては、アノードフィラメント電圧Ｖａｆが０Ｖされ、つまりそれぞれのアノードフィラメント７０が接地電位とされた。
【0119】
アルゴンガス流量Ｑｄ １５０ｍＬ／ｍｉｎ
窒素ガス流量Ｑｒ １４０～１３０ｍＬ／ｍｉｎ（自動制御）
真空槽内圧力Ｐ ０．２２０Ｐａ
コンダクタンスバルブ角度θ ４０度
スパッタ電力Ｑｓ １５ｋＷ（３９５Ｖ×４７．４Ａ×０．８）
アーク放電用電力Ｅｄ ２５０Ｗ（５０Ｖ×５Ａ）
基板バイアス電圧Ｖｂ（平均値） －１５０Ｖ
成膜時間 ３６０分
窒素ガス流量Ｑｒ １４０～１３０ｍＬ／ｍｉｎ（自動制御）
真空槽内圧力Ｐ ０．２２０Ｐａ
コンダクタンスバルブ角度θ ４０度
スパッタ電力Ｑｓ １５ｋＷ（３９５Ｖ×４７．４Ａ×０．８）
アーク放電用電力Ｅｄ ２５０Ｗ（５０Ｖ×５Ａ）
基板バイアス電圧Ｖｂ（平均値） －１５０Ｖ
成膜時間 ３６０分
【0120】
まず、図１０（ａ）に示される従来技術についての実験結果に注目すると、当該従来技術についての実験においては、成膜処理が開始された時点ｔ０から１０分間が経過するまでの間は、基板バイアス電圧Ｖｂが０Ｖとされ、つまり基板バイアス電力Ｅｂが非供給とされる。そして、時点ｔ０から１０分間が経過した時点で、基板バイアス電圧Ｖｂが－５０Ｖとされ、この状態が５分間にわたって継続される。さらに、時点ｔ０から１５分間が経過した時点で、基板バイアス電圧Ｖｂが－１００Ｖとされ、この状態が５分間にわたって継続される。そして、時点ｔ０から２０分が経過した時点で、基板バイアス電圧Ｖｂがその所期値である－１５０Ｖとされ、成膜処理が終了するまでこの状態が継続される。このように、成膜処理の開始直後の初期の期間において、基板バイアス電圧Ｖｂの絶対値が段階的に増大されることで、被処理物１００の表面に対する窒化アルミニウム膜の密着力の向上が図られる。すなわち、基板バイアス電圧Ｖｂの絶対値が小さいほど、軟らかい窒化アルミニウム膜が形成されるが、成膜処理の開始直後の初期の期間において、当該基板バイアス電圧Ｖｂの絶対値が段階的に増大されることで、段階的に硬い窒化アルミニウム膜が形成され、その結果、被処理物１００の表面に対する窒化アルミニウム膜全体としての密着力の向上が図られる。
【0121】
基板バイアス電圧Ｖｂがその所期値である－１５０Ｖとされる期間は、トップコート処理期間と呼ばれ、このトップコート処理期間において、つまり成膜処理が開始された時点ｔ０から２０分間が経過した時点以降の期間において、基板電流Ｉｂは、徐々に増加し、トップコート処理期間における最初の約５０分間という時間が経過した時点以降で概ね飽和する。この基板電流Ｉｂは、或る範囲で変動（増減）するが、これは、被処理物１００が自公転することによる。すなわち前述したように、被処理物１００は、自公転する過程でプラズマ３００に晒される状態にあるときに、成膜処理を施されるので、当該成膜処理を施される対象となる被処理物１００の数（表面積）が時間の経過とともに変化する。このため、被処理物１００に流れる基板電流Ｉｂは、時間の経過とともに変化し、つまり或る範囲で変動する。そして、この基板電流Ｉｂの変動幅は、プラズマ３００が不安定であるほど大きく、従来技術についての実験においては、約２Ａという大きい値となることが確認された。また、この状態にあるときの真空槽１２内を観察すると、プラズマ３００が不安定であり、所々でプラズモイドが発生するとともに、当該プラズモイドが発生および消滅を繰り返すことが確認された。
【0122】
これに対して、図１０（ｂ）に示される本実施例についての実験結果に注目すると、本実施例についての実験においても、従来技術についての実験と同様に、成膜処理の開始直後の初期の期間において、基板バイアス電圧Ｖｂの絶対値が段階的に増大される。その一方で、本実施例についての実験結果によれば、従来技術についての実験結果とは異なり、トップコート処理期間において、基板電流Ｉｂは、安定しており、その変動幅は、約０．８Ａである。すなわち、本実施例によれば、従来技術に比べて、基板電流Ｉｂの変動幅が４０％程度に抑制されていることが確認された。また、この状態にあるときの真空槽１２内を観察すると、プラズモイドの発生が認められず、プラズマ３００が安定していることが確認された。
【0123】
さらに、本実施例において、実際に窒化アルミニウム膜を形成して、その内部応力およびヌープ硬度を確認する実験を行った。併せて、先述の疑似的な従来技術においても、実際に窒化アルミニウム膜を形成して、その内部応力およびヌープ硬度を確認した。その結果を、図１１に示す。
【0124】
なお、図１１（ａ）が、内部応力についての実験結果を示し、図１１（ｂ）が、ヌープ硬度についての実験結果を示す。いずれにおいても、■印が付された太実線が、本実施例による実験結果を示し、●印が付された太実線が、従来技術による実験結果を示す。また、図示は省略するが、この実験においては、直径が１４０ｍｍ、長さ寸法が６００ｍｍの概略円柱状の基板台をホルダ４０に装着するともに、当該基板台の長さ方向におけるホルダ４０から６０ｍｍ、１８０ｍｍ、３００ｍｍ、４２０ｍｍおよび５４０ｍｍという距離を置いた５つの位置に実験用の試料を取り付けて、これらの試料に形成された窒化アルミニウム膜の内部応力およびヌープ硬度を測定した。内部応力測定用の試料としては、一辺が２０ｍｍ、厚さ寸法が６３０μｍのシリコン（Ｓｉ）を用い、ヌープ硬度測定用の試料としては、長手方向の寸法が２５ｍｍ、短手方向の寸法が１５ｍｍ、厚さ寸法が５ｍｍの鏡面加工された高速度鋼材（ＳＫＨ４）を用いた。
【0125】
図１１（ａ）に示される内部応力についての実験結果に注目すると、従来技術により形成された窒化アルミニウム膜の内部応力に関しては、その最大値と最小値との相互差が約４．２４ＧＰａであり、つまり当該約４．２４Ｇｐａという大きなバラツキがある。このような内部応力のバラツキが大きい窒化アルミニウム膜は、実用不可能である。これに対して、本実施例により形成された窒化アルミニウム膜の内部応力に関しては、その最大値と最小値との相互差が約０．０１５ＧＰａであり、つまり当該約０．０１５Ｇｐａという極めて小さいバラツキに抑えられる。すなわち、本実施例により形成された窒化アルミニウム膜によれば、従来技術により形成された窒化アルミニウム膜に比べて、内部応力のバラツキが０．４％以下に抑えられる。このような内部応力のバラツキが極めて小さい窒化アルミニウム膜は、実用に十分に応えられる。
【0126】
また、図１１（ｂ）に示されるヌープ硬度についての実験結果に注目すると、従来技術により形成された窒化アルミニウム膜のヌープ硬度に関しては、その最大値と最小値との相互差が約６７０ＨＫであり、つまり当該約６７０ＨＫという大きなバラツキがある。このようなヌープ硬度のバラツキが大きい窒化アルミニウム膜は、実用不可能である。これに対して、本実施例により形成された窒化アルミニウム膜のヌープ硬度に関しては、その最大値と最小値との相互差が約７０ＨＫであり、つまり当該約７０ＨＫという極めて小さいバラツキに抑えられる。すなわち、本実施例により形成された窒化アルミニウム膜によれば、従来技術により形成された窒化アルミニウム膜に比べて、ヌープ硬度のバラツキが１０％以下に抑えられる。このようなヌープ硬度のバラツキが極めて小さい窒化アルミニウム膜は、実用に十分に応えられる。なお、従来技術により形成された窒化アルミニウム膜のヌープ硬度に比べて、本実施例により形成されたヌープ硬度の方が、全体的に低いが、本実施例により形成されたヌープ硬度は、概ね２０００ＨＫであり、この２０００ＨＫというヌープ硬度であれば、実用に十分に応えられる。
【0127】
すなわち、本実施例によれば、内部応力およびヌープ硬度のいずれについてもバラツキが小さい均質な窒化アルミニウム膜を形成することができる。なお、図示を含む詳しい説明は省略するが、本実施例においても、疑似的な従来技術においても、窒化アルミニウム膜の膜厚に関しては、そのバラツキが十分に抑えられることが、つまり均等な膜厚の窒化アルミニウム膜が形成されることが、確認された。
【0128】
以上のように、本実施例によれば、窒化アルミニウム膜などの絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことができ、ひいては均質な絶縁性被膜を形成することができる。このことは特に、表面積の大きい被処理物１００を成膜対象とする用途において、極めて有益である。
【0129】
また、本実施例によれば、スパッタ速度の安定化が図られ、これにより、窒化アルミニウム膜などの絶縁性被膜を含む反応膜の再現性が向上し、とりわけ可視光透過性および膜厚の再現性が向上する。このことは、可視光透過性および膜厚の再現性が要求される用途において、極めて有益である。
【0130】
なお、本実施例は、本発明の一具体例であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本実施例以外の局面にも、本発明を適用することができる。
【0131】
たとえば、図１２に示されるように、複数の、ここでは４つの、マグネトロンスパッタカソード２４，２４，…が設けられてもよく、厳密には当該マグネトロンスパッタカソード２４を含むユニット４００が複数、つまり４つ、設けられてもよい。具体的には、それぞれのユニット４００は、マグネトロンスパッタカソード２４、アースシールド２６、カソードフィラメント３０ならびに２本のアノードフィラメント７０および７０を含む。また、図１２には示されないが、それぞれのユニット４００は、スパッタ電源装置２８、加熱用電源装置３２、アーク放電用電源装置３４、電流検出器３６、加熱制御器３８、リアクトル７２およびアノードフィラメント用電源装置７４を含む。すなわち、それぞれのユニット４００は、言わばプラズマ３００の発生源であり、このプラズマ３００の発生源であるユニット４００が複数、つまり４つ、設けられてもよい。これら各ユニット４００，４００，…は、真空槽１２の中心軸Ｘａを中心とする円の円周方向に沿って等間隔に設けられ、つまりここでは９０度間隔で設けられる。併せて、各ユニット４００，４００，…は、真空槽１２の中心軸Ｘａから同じ距離を置いて設けられる。
【0132】
この図１２に示される構成によれば、反応膜の成膜速度の向上（高速化）が図られる。そして、この図１２に示される構成においても、真空槽１２内の圧力Ｐが一定となるように、窒素ガスの流量Ｑｒが自動制御されることで、反応膜の再現性の向上が図られる。また、当該自動制御を担う要素、つまり圧力計６２、ガス流量制御器６４および反応性ガス導入用のマスフローコントローラ６０ｂについては、複数設けられる必要はなく、各ユニット４００，４００，…に共通の１つのみで足りる。
【0133】
なお、ユニット４００の数は、４つに限らない。いずれにしても、各ユニット４００，４００，…は、真空槽１２の中心軸Ｘａを中心とする円の円周方向に沿って等間隔に設けられるとともに、当該真空槽１２の中心軸Ｘａから同じ距離を置いて設けられることが、肝要である。
【0134】
また、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示される実験結果は、いずれも実際には、２つのユニット４００および４００が設けられた構成のものである。したがって、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示される実験結果が得られたときのスパッタ電力Ｑｓの合計は、２つのユニット４００および４００分の３０ｋＷ（＝１５ｋＷ×２）であり、アーク放電用電力Ｅｄの合計もまた、２つのユニット４００および４００分の５００Ｗ（＝２５０Ｗ×２）である。
【0135】
そして、本実施例においては、絶縁性被膜として窒化アルミニウム膜を形成する場合について、説明したが、当該窒化アルミニウム膜以外の窒化膜や炭化膜、酸化膜などの種々の絶縁性被膜を形成する場合にも、本発明を適当することができる。ここで言う種々の絶縁性被膜としては、反応膜としては、窒化珪素（ＳｉＮ）膜、炭化珪素（ＳｉＣ）膜、酸化珪素（ＳｉＯ２）膜、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜などがある。この場合、反応膜の種類に応じた素材製のターゲット２４２が用いられる。
【0136】
加えて、本実施例においては、リアクトル７２が設けられたが、スパッタ電力Ｅｓに起因するノイズの影響が小さい場合には、当該リアクトル７２は設けられなくてもよい。また、アノードフィラメント７０および７０が接地電位で足りる場合は、アノードフィラメント用電源装置７４は設けられなくてもよい。
【0137】
さらに、本実施例では、バイアス電源装置５０として、パルス電源装置が採用されたが 、これに限らない。たとえば、被処理物１００が絶縁性物質である場合は、当該被処理物１００の大きさや形状、物性などの性状に応じて、バイアス電源装置５０として、高周波電源装置が採用されてもよい。
【0138】
そして、本発明は、マグネトロンスパッタ装置１０という装置への適用に限らず、マグネトロンスパッタ法による成膜方法という方法についても、適用することができる。
【符号の説明】
【0139】
１０ … マグネトロンスパッタ装置
１２ … 真空槽
１８ … 真空ポンプ
２０ … 開閉バルブ
２２ … コンダクタンスバルブ
２４ … マグネトロンカソード
２６ … アースシールド
２８ … スパッタ電源装置
３０ … カソードフィラメント
３２ … フィラメント加熱用電源装置
３４ … アーク放電用電源装置
３６ … 電流検出器
３８ … 加熱制御器
５０ … バイアス電源装置
５６ … ガス導入管
５８，６０ … 枝管
５８ａ，６０ａ … 開閉バルブ
５８ｂ，６０ｂ … マスフローコントローラ
６２ … 真空計
６４ … ガス流量制御器
７０ … アノードフィラメント
７２ … リアクトル
７４ … アノードフィラメント用電源装置
１００ … 被処理物
２４２ … ターゲット
３００ … プラズマ
４００ … ユニット
１２ … 真空槽
１８ … 真空ポンプ
２０ … 開閉バルブ
２２ … コンダクタンスバルブ
２４ … マグネトロンカソード
２６ … アースシールド
２８ … スパッタ電源装置
３０ … カソードフィラメント
３２ … フィラメント加熱用電源装置
３４ … アーク放電用電源装置
３６ … 電流検出器
３８ … 加熱制御器
５０ … バイアス電源装置
５６ … ガス導入管
５８，６０ … 枝管
５８ａ，６０ａ … 開閉バルブ
５８ｂ，６０ｂ … マスフローコントローラ
６２ … 真空計
６４ … ガス流量制御器
７０ … アノードフィラメント
７２ … リアクトル
７４ … アノードフィラメント用電源装置
１００ … 被処理物
２４２ … ターゲット
３００ … プラズマ
４００ … ユニット
【要約】
【課題】 マグネトロンスパッタ法による成膜装置および成膜方法において、絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことで、均質な絶縁性被膜を形成する。
【解決手段】 本発明に係るマグネトロンスパッタ装置１０によれば、アースシールド２６を陽極とし、マグネトロンスパッタカソード２４を陰極として、これらにスパッタ電力Ｅｓが供給されることで、グロー放電が誘起される。併せて、カソードフィラメント３０にカソード電力Ｅｃが供給されるとともに、アースシールド２６を陽極とし、カソードフィラメント３０を陰極として、これらにアーク放電用電力Ｅｄが供給されることで、アーク放電が誘起される。さらに、アースシールド２６の近傍に赤熱するアノードフィラメント７０が設けられることで、グロー放電およびアーク放電によるプラズマ３００が安定し、これにより、絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことが可能となる。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明に係るマグネトロンスパッタ装置１０によれば、アースシールド２６を陽極とし、マグネトロンスパッタカソード２４を陰極として、これらにスパッタ電力Ｅｓが供給されることで、グロー放電が誘起される。併せて、カソードフィラメント３０にカソード電力Ｅｃが供給されるとともに、アースシールド２６を陽極とし、カソードフィラメント３０を陰極として、これらにアーク放電用電力Ｅｄが供給されることで、アーク放電が誘起される。さらに、アースシールド２６の近傍に赤熱するアノードフィラメント７０が設けられることで、グロー放電およびアーク放電によるプラズマ３００が安定し、これにより、絶縁性被膜を形成するための成膜処理を安定的に行うことが可能となる。
【選択図】 図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】