JP2005133110A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高性能の光学薄膜を高速で成膜できるスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】 本発明のスパッタリング装置９０は、真空槽２内に、円筒状又は平板状の少なくとも２つのターゲット材料６３と、前記ターゲット材料の外表面近傍に磁界を発生させるマグネット８０とを備える。そして、２つのターゲット材料の外表面同士の間隔をｄ１、前記ターゲット材料の外表面と基板表面との間隔をｄ２と規定したときに、次の式１を満たすことを特徴とする。ｄ１≦３ｄ２ （式１）
【選択図】図３

Description

本発明は、スパッタリング装置に関する。

従来より、光学薄膜や導電性薄膜などの各種の薄膜を形成する際に、抵抗加熱方式や電子線加熱方式に代表される真空蒸着法が用いられている。
ところが、真空蒸着法で形成される膜は一般的に緻密性が低く、また、光学薄膜は温度や湿度の影響を受けて屈折率変化が生じやすく、分光反射率特性が変化するという問題がある。膜の緻密性を向上する方法として、酸素又はアルゴンのイオンを基板面に照射しながら膜形成を行うイオンアシスト蒸着法が知られているが、この方法では、大面積の基板面に対してイオンを均一に照射することが難しく、蒸着速度を上げることが困難で、生産性に問題がある。

そこで、近年では、グロー放電で生成した陽イオンを電気的に加速してターゲット材料に衝突させ、これにより叩き出された原子を基板に被着させることによって成膜を行うスパッタリング法が用いられている。
スパッタリング法では、グロー放電のために真空槽内にアルゴンガスなどの不活性ガスを導入し、化学反応性スパッタリングを行う際にはさらに酸素ガス，窒素ガスなどの反応ガスも導入する。スパッタリングで形成した薄膜は、真空蒸着法で形成した薄膜と比較して、成膜に時間がかかるという難点はあるものの、膜構造が緻密で物理的、化学的に安定しており、また、基板への付着力が強いという利点がある。

また、スパッタリングの成膜効率を向上させるために、ターゲット表面に磁界を形成し、グロー放電で発生した陽イオンの密度をターゲット表面で高く維持し、スパッタ速度を上げるマグネトロンスパッタリング法や、二個一対のターゲットに２極性電圧を交互に極性を変えて印加するデュアルマグネトロン法が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
特開平１０−１５８８３０号公報 特開平１１−７１６６７号公報

ところが、特許文献１及び２に開示されているような従来のスパッタリング法によると、成膜を高速で行おうとすると、酸化が不十分となり、膜の透明度が低下するという問題があった。
また、図８のグラフに示すように、酸化膜領域と金属領域の間の遷移領域で高速スパッタリングを行おうとすると、電圧をＶ１〜Ｖ３と変化させたすべての条件下において、酸素ガス圧やスパッタ電圧等の変動に対して成膜速度及び透明度が著しく変化するという問題があった。

また、ターゲットに対して、上述したようなパルス状の電圧や２極性電圧を印加する場合には、ターゲットと基板との間で多量のイオン、電子等の電荷移動が生じるため、基板面へのイオン又は電子の照射量が多くなる。そのため、基板表面がスパッタされるいわゆる逆スパッタや、基板の表面温度の異常上昇を招き、膜にクラック、剥がれ、異物の付着が生じたり、平滑性の低下や白濁化が起こるという問題があった。
また、酸素ガスとアルゴンガスの混合ガス雰囲気中で反応スパッタ成膜を行う際に、ターゲット表面に酸化物皮膜が形成されることで正電荷が蓄積し、ターゲット表面へのアルゴンイオンの衝突が不十分なものとなり、成膜速度が低下するという問題があった。また、酸化物皮膜を除去すべく、ターゲットに印加するプラス電圧を上げると、基板表面への逆スパッタや、異常放電による基板表面の損傷や装置の誤作動を招くという問題があった。

本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、高性能の光学薄膜を高速で成膜できるスパッタリング装置を提供することである。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、真空槽内に、円筒状又は平板状の少なくとも２つのターゲット材料と、前記ターゲット材料の外表面近傍に磁界を発生させるマグネットとを備え、前記真空槽内に放電ガスと反応ガスとを導入した状態で、前記各ターゲット材料に電圧を印加することで基板表面に成膜を行うスパッタリング装置において、前記２つのターゲット材料の外表面同士の間隔をｄ１、前記ターゲット材料の外表面と前記基板表面との間隔をｄ２と規定したときに、次の式１を満たすことを特徴とする。
ｄ１≦３ｄ２ （式１）

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスパッタリング装置において、次の式２を満たすことを特徴とする。
ｄ１≦２ｄ２ （式２）

請求項１に記載の発明によれば、上記式１を満たすようにターゲット材料と基板とを配置して、ターゲット材料同士を近くに配置することにより、ターゲット材料間の電位差がターゲット材料と基板との電位差よりも大幅に大きいことに起因して、放電ガス及び反応ガス中のアルゴンイオンや酸素イオン等の電荷を有する物質及び電子の大半が、２つのターゲット材料の間を移動し、基板面への移動が少なくなる。従って、ターゲット材料への印加電圧を増加した場合でも、ガラス基板の損傷を引き起こすことなく、クラック、剥離、白濁化のない高性能の光学薄膜を成膜速度を上げて製造することが可能となる。
また、請求項２に記載の発明のように、上記式２を満たす設計とすることにより、ガラス基板のみならず、プラスチック基板に対しても請求項１と同様の効果を得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のスパッタリング装置において、前記２つのターゲット材料が円筒状の場合には、これら２つのターゲット材料の外表面の法線同士が成す角をθと規定し、前記２つのターゲット材料が平板状の場合には、これら２つのターゲット材料の外表面の垂線同士が成す角をθと規定したときに、次の式３を満たすことを特徴とする。
θ≦１６０° （式３）
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のスパッタリング装置において、次の式４を満たすことを特徴とする。
４５°≦θ≦１００° （式４）

請求項３に記載の発明によれば、２つのターゲット材料の外表面の法線又は垂線同士が成す角θが上記式３を満たす設計とすることにより、２つのターゲット材料に電圧を印加した場合に、ターゲット材料近傍における放電がターゲット材料間に局在することになるので、この状態から電圧をさらに増加させた場合でも、放電ガス中の例えばアルゴンイオンが基板面を逆スパッタする割合を抑えることができ、成膜速度を上げることが可能となる。
さらに、請求項４に記載の発明のように、上記式４を満たす設計とすることにより、放電電界が基板間に収束し、且つターゲット物質が基板に付着する割合を高く維持でき、高性能の光学薄膜を成膜速度を上げて製造することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパッタリング装置において、前記ターゲット材料が円筒状であり、スパッタリング中にこれらターゲット材料が円周方向に回転することを特徴とする。
請求項５に記載の発明によれば、ターゲット材料を回転させることで、ターゲット材料表面のスパッタリングによる変形を防止でき、ターゲット材料の有効利用が可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパッタリング装置において、前記反応ガスの前記真空槽内への導入口を前記ターゲット材料と前記基板との間に設け、前記放電ガスの前記真空槽内への導入口を前記ターゲット材料に対して前記基板と反対側に設けることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、反応ガスの導入口をターゲット材料と基板との間に設け、放電ガスの導入口をターゲット材料に対して基板と反対側に設けることにより、ターゲット材料近傍では放電ガスの分布密度を高く、基板の近傍では反応ガスの分布密度を高くすることができ、スパッタリング成膜中にターゲット材料近傍でグロー放電を安定化させるとともに、ターゲット材料の表面の酸化物皮膜の形成を防止でき、成膜速度の低下及び放電の不安定化を防止できる。また、ターゲット物質が低酸化状態でも基板近傍及び基板面上で酸化が促進され、透明性の高い光学薄膜の形成が可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパッタリング装置において、前記２つのターゲット材料に印加する電圧の極性が互いに異なると共に、経時的に変化することを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、ターゲット材料表面に形成される酸化膜を効果的に除去でき、また、放電による基板の損傷を抑えることができる。

本発明によれば、高性能の光学薄膜を高速で成膜できるスパッタリング装置を得られる。

[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施形態を図に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、スパッタリング装置１０は、矩形状の箱体からなる真空槽２内に、ターゲット材料６３、マグネット８０（８１，８２，８３）、基板３０等を格納している。なお、図２〜図７においては真空槽２自体の図示を省略している。また、符号Ｆは薄膜Ｆを示している。
真空槽２は、四角筒形状をしたベルジャ本体３と、その上面及び底面をそれぞれ気密に覆う蓋４、ベースプレート５からなり、この真空槽２の内部空間でスパッタリングによる成膜が行われる。ベルジャ本体３及び蓋４はベースプレート５に対して昇降自在であり、また蓋４は図示しないヒンジ機構によりベルジャ本体３に対して開閉自在となっている。

真空槽２の内部にはターゲット材料６３の周囲を囲むと共に前方に開口４１を有するターゲット保護板４０が設けられており、また、成膜時に一方のターゲット材料６３が他方のターゲット材料６３からの飛散粒子で汚染されることを防ぐための仕切り板４２が設けられている。
ターゲット保護板４０の開口４１に対向する位置には、基板３０を保持するための平板状の基板ホルダ５０が設けられている。

基板ホルダ５０は、真空槽２の壁面によって左右方向に移動自在に支持されており、スパッタリングを行うときに左右方向に移動させることができる。基板ホルダ５０は導電性を有し、ベルジャ本体３及び蓋４、さらにベースプレート５に対して電気的に導通されており、スパッタリングを行うときにはアース電位として用いられる。
基板ホルダ５０に保持される基板３０は、プラスチック基板として、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ゼオネックス樹脂（日本ゼオン社製、商品名）、アートン樹脂（日本合成ゴム社製、商品名）、その他透明性に優れた一般的な樹脂を使用することができ、ガラス基板として、レンズ、ミラー、プリズム、導光板、光ファイバー、表示装置保護カバー、その他ガラスからなる一般的な光学部品の全てに適用できる。

真空槽２内の左右二箇所には円筒状のターゲットブロック６０が設置され、さらにターゲットブロック６０の各々を取り囲むように導電性を有する回転式のシャッタ６１が設けられている。ターゲットブロック６０は陰電極となって基板ホルダ５０との間で放電を発生させるが、図２中に点線で示すように、シャッタ６１がターゲットブロック６０と基板ホルダ５０との間に移動しているときには成膜は行われない。
ターゲット保護板４０の前端部には真空槽２内に反応ガスを導入するための導入口７０が設けられており、ターゲット保護板４０の後端部には真空槽２内に放電ガスを導入するための導入口７１が設けられている。

放電ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、アルゴンを主成分とするガス（例えば、酸素を１０ｗ％含むアルゴンガス）が挙げられる。
反応ガスとしては、酸素ガス、窒素ガス、酸素を主成分とするガス（例えば、アルゴンを３０ｗ％含む酸素ガス）が挙げられる。

ターゲットブロック６０は、導電性を有するステンレス製あるいは銅製の円筒状をしたターゲットホルダ６２と、ターゲットホルダ６２の外周面に内周面を密着させて取り付けられる円筒状のターゲット材料６３とからなる。
ターゲット材料６３としては、例えば、低屈折率材料用としてシリコン、フッ化マグネシュームが挙げられ、中屈折率材料用としてアルミニューム、イットリュームが挙げられ、高屈折率材料用としてチタン、タンタル、ニオビューム、ハフニューム、タングステン、クロム、セリウム、ジルコニューム、又は前記材料の低級酸化物が挙げられる。

ターゲットホルダ６２の中空部内にはベースプレート５に固定されたマグネット８０が配置されている。
マグネット８０は、ベースプレート５に立設されたロッド（図示せず）で支持された鉄製のコア８１と、コア８１に固定された第１マグネット列８２と、第１マグネット列８２を取り囲むようにコア８１に固定された第２マグネット列８３とからなる。
第１，第２マグネット列８３はターゲットホルダ６２の長手方向（上下方向）に沿って延ばされている。ターゲットホルダ６２の内周面に向けられた側の磁極は、第１マグネット列８２がＮ極、第２マグネット列８３がＳ極となっており、各々の磁極の先端とターゲットホルダ６２の内周面まではほぼ等距離にしてある。したがってターゲット材料６３の任意の横断面においては、図２に破線で示すような多数の磁力線が発生する。
なお、ターゲット材料６３の長手方向についても同様の磁力線が得られ、筒状をしたターゲット材料６３の全外周面のうち、基板ホルダ５０側に対面したほぼ半周にわたって均一な磁界が得られるようになっている。

また、第１マグネット列８２のN極から発生した磁力線は、第１マグネット列８２のN極に最も近いターゲットホルダ面６２ａを通過してターゲット材料６３の外部から第２マグネット８０のS極に至ることになる。
そして、図３に示すように、第１マグネット列８２のN極に最も近いターゲットホルダ面６２ａにおける法線Ｌ同士が成す角をθと規定したときに、θ≦１６０°・・・（式３）を満たすように設計されている。なお、θは０°＜θ＜３６０°の範囲内とする。

また、図３に示すように、左右２つのターゲット材料６３の外表面同士が最も近接する位置におけるこれら２つの外表面間の距離をｄ１とし、また、各ターゲット材料６３の外表面と基板３０の表面とが最も近接する位置におけるターゲット材料６３の外表面から基板３０の表面まで距離をｄ２とした時に、ｄ１≦３ｄ２・・・（式１）を満たすように設計されている。
なお、本実施の形態においては左右２つのターゲット材料６３の外表面から基板３０の表面までの距離は共にｄ２で等しくなっているが、異なる場合には、一方の距離をｄ２とし、他方の距離をｄ２´とし、ｄ１≦３ｄ２、ｄ１≦３ｄ２´を満たすように設計するものとする。

ターゲットホルダ６２の中空部は、上記マグネット８０の設置スペースになるほか、冷却水の流路としても用いられる。ターゲットホルダ６２の中空部内に冷却水を通すことによってターゲットホルダ６２及びターゲット材料６３の過熱を防ぐことができ、グロー放電を安定に保ち、またターゲット材料６３の不要な化学反応を防ぐことができる。

次に、上記のスパッタリング装置１０の動作について図４を用いて説明する。なお、本説明においては、ターゲット材料６３としてシリコンを用い、基板３０の表面にシリコン酸化物からなる薄膜Ｆを形成するものとする。
まず、ベルジャ本体３及び蓋４を開放し、各ターゲットホルダ６２にターゲット材料６３を装着する。また、基板ホルダ５０に基板３０を保持させ、その一方の面をターゲットブロック６０側に向ける。
ベルジャ本体３及び蓋４を閉じ、図示しない真空排気装置を作動させて真空槽２内を所定の高真空状態にした後、導入口７０、７１から反応ガスと放電ガスを所定の混合比で導入し、真空槽２内を所定のガス圧に保つ。

また、ターゲットホルダ６２に冷却水を通し、シャッタ６１が全て閉じられていることを確認した後、基板ホルダ５０をアース電位とし、２つのターゲットホルダ６２（陰極又は陽極）との間に、図５（ａ）に示すような、＋Ｖ₁〜−Ｖ₂まで極性が変化するサイン波形の電圧を交互に印加する。なお、図５（ｂ）に示すような矩形波形の電圧を印加してもよい。
なお、＋Ｖ₁は正電圧のピーク値を意味し、通常０〜２０００ボルトの範囲内、−Ｖ₂は負電圧のピーク値を意味し、通常−２０００〜０ボルトの範囲内である。また、電圧周波数は通常２０〜１００ｋＨｚの範囲内である。

そして、導電性のシャッタ６１を開くと共にターゲットホルダ６２の回転を開始することで、基板ホルダ５０とターゲットブロック６０との間に放電ガスのプラズマが生成される。そして、この条件下で基板ホルダ５０を所定速度で左右方向に移動させる。
すると、図４（ａ）に示すように、負電圧（−Ｖ₂）を印加したターゲット材料６３Ａの表面は、放電で生じた正電荷を有するアルゴンイオン（Ａｒ⁺）でスパッタされ、ターゲット物質が真空中に飛散し、混合ガス中の酸素ガスによりシリコン酸化物（SｉＯ₂）の状態になって基板３０の表面に堆積する。
一方、正電圧（＋Ｖ₁）を印加したターゲット材料６３Bの表面には、電子、負電荷が引き付けられ、表面に形成されたシリコン酸化物皮膜の表面に蓄積する。

ここで、上述のように、２つのターゲット材料６３Ａ、６３Ｂの外表面間の距離ｄ１と、ターゲット材料６３Ａ、６３Ｂの外表面と基板３０の表面との距離ｄ２には上記式１の関係が成立しているため、正電圧を印加したターゲット材料６３Ｂの近傍に存在するアルゴンイオンは、基板３０側に移動するよりも負電圧を印加したターゲット材料６３A側に移動する割合が高くなる。従って、アルゴンイオンが基板３０面を逆スパッタする割合が低減し、高性能の膜形成が可能となる。
次に、図４（ｂ）に示すように、電子、負電荷が蓄積したシリコン酸化物皮膜を有するターゲット材料６３Ｂに負電圧（−Ｖ₂）を印加すると、正電荷のアルゴンイオンは、ターゲット材料６３Ｂに蓄積した負電荷により強力に引き付けられ、その衝撃によりターゲット材料６３Ｂの表面のシリコン酸化物皮膜が除去される。

また、第１マグネット列８２のN極に最も近いターゲットホルダ面６２ａにおける垂線Ｌ同士が成す角θが上記式３を満たすように設計されているので、負電圧を印加したターゲット材料６３Bの近傍の電子及び他の電荷の大半は、相対する正電圧（＋Ｖ₁）を印加したターゲット材料６３Aの表面に引き付けられるので、基板３０側への移動量は低減され、基板３０の異常な温度上昇を防止でき、高性能の膜形成が可能となる。
負電圧を印加したターゲット材料６３Bの表面のシリコン酸化物が除去された後、図４（ｃ）に示すように、ターゲット材料６３Ｂの表面は正電荷を有するアルゴンイオンでスパッタされ、ターゲット物質が真空中に飛散し、混合ガス中の酸素ガスによりシリコン酸化物の状態になって基板３０の表面に堆積する。

一方、正電圧（＋Ｖ₁）が印加されたターゲット材料６３Ａの表面には、電子、負電荷が引き付けられ、表面に形成されたシリコン酸化物皮膜に蓄積する。
次に、図４（ｄ）に示すように、ターゲット材料６３Aに負電圧（−Ｖ₂）を印加すると、正電荷のアルゴンイオンは、ターゲット材料６３Ａに蓄積した負電荷により強力に引き付けられ、その衝撃によりターゲット材料６３Ａの表面のシリコン酸化物皮膜が除去される。
また、ターゲット材料６３Bに正電圧（＋Ｖ₁）を印加すると、負電圧を印加したターゲット材料６３Ａの近傍の電子及び他の電荷の大半が、ターゲット材料６３Ｂの表面に引き付けられるので、基板３０側への移動量は低減され、基板３０の異常な温度上昇を防止でき、高性能の膜形成が可能となる。

このように、上記式１を満たすようにターゲット材料６３と基板３０とを配置することで、ターゲット材料６３同士が比較的近くに配置されることになる。そして、この状態で２つのターゲット材料６３の、例えば一方に＋Ｖ１ボルト、他方に−Ｖ２ボルトの電圧を印加すると、ターゲット材料６３間の電位差は｜Ｖ１＋Ｖ２｜ボルトとなり、ターゲット材料６３と基板３０との電位差｜Ｖ１｜ボルト又は｜Ｖ２｜ボルトに比較して大幅に大きくなる。これにより、アルゴンイオンや酸素イオン等の電荷を有する物質及び電子の大半が２つのターゲット材料６３間を移動することになり、基板３０面への移動量を大幅に抑えることができる。従って、ターゲット材料６３への印加電圧をさらに増加した場合でも、基板３０（特にガラス基板）の損傷を引き起こすことなく、クラック、剥離、白濁化のない高性能の光学薄膜Ｆを成膜速度を上げて製造することが可能となる。
さらに、上記式２を満たす設計とすることにより、ガラス基板のみならずプラスチック基板に対しても同様の効果を得られる。

また、２つのターゲット材料６３の外表面の法線同士が成す角θが上記式３を満たす設計とすることにより、ターゲット材料６３近傍における放電がターゲット材料６３間に局在することになり、電圧を増加させた場合でも、アルゴンイオンが基板３０面を逆スパッタする割合を抑えることができ、成膜速度を上げることが可能となる。
さらに、上記式４を満たす設計とすることにより、放電電界が基板３０間に収束し、且つターゲット物質が基板３０に付着する割合を高く維持でき、高性能の光学薄膜Ｆを成膜速度を上げて製造することが可能となる。

また、ターゲット材料６３を回転させることで、ターゲット材料６３表面のスパッタリングによる変形を防止でき、ターゲット材料６３の有効利用が可能となる。
また、真空槽２内において、反応ガスの導入口７０をターゲット材料６３と基板３０との間に設け、放電ガスの導入口７１をターゲット材料６３に対して基板３０と反対側に設けることにより、ターゲット材料６３近傍では放電ガスの分布密度を高く、基板３０の近傍では反応ガスの分布密度を高くすることができ、スパッタリング成膜中にターゲット材料６３近傍でグロー放電を安定化させるとともに、ターゲット材料６３の表面の酸化物皮膜の形成を防止でき、成膜速度の低下及び放電の不安定化を防止できる。また、ターゲット物質が低酸化状態でも基板３０の近傍及び基板３０の表面上で酸化が促進され、透明性の高い光学薄膜Ｆの形成が可能となる。

なお、本実施の形態では、真空槽２内に２つのターゲット材料６３と２つのマグネット８０を格納する構成としたが、これに限らず、２つ一組のターゲット材料６３及びマグネット８０を、真空槽２内に複数組格納する構成であってもよい。

[第２の実施の形態]
次に、本発明の第２の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
図６に示すように、本実施の形態のスパッタリング装置９０は、左右２つのターゲット材料６３及びターゲットホルダ６２が共に平板状である点に特徴を有する。
第１マグネット列８２のＮ極は、上記ターゲットホルダ面６２ａと対向して配置されている。また、ターゲットホルダ面６２ａにおける垂線Ｌ同士が成す角θが、θ≦１６０°・・・（式３）を満たすように設計されている。

また、左右２つのターゲット材料６３の外表面同士が最も近接する位置におけるこれら２つの外表面間の距離ｄ１と、各ターゲット材料６３の外表面と基板３０の表面とが最も近接する位置におけるターゲット材料６３の外表面と基板３０の表面との距離ｄ２（ｄ２´）とが、ｄ１≦３ｄ２・・・（式１）を満たすように設計されている。
本実施の形態に示したスパッタリング装置９０においても、上記第１の実施の形態と同様の効果を得られる。

[第３の実施の形態]
次に、本発明の第３の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
図７に示すように、本実施の形態のスパッタリング装置９１は、平板状の基板ホルダ５０が、同一円周上に複数設けられており、スパッタリングを行う際に回転軸９２を中心にして回転移動することができる点に特徴を有する。

第１マグネット列８２のＮ極は、上記ターゲットホルダ面６２ａと対向して配置されている。また、上記第１の実施の形態と同様にターゲットホルダ面６２ａにおける法線Ｌ同士が成す角θが、θ≦１６０°・・・（式３）を満たすように設計されており、左右２つのターゲット材料６３の外表面同士が最も近接する位置におけるこれら２つの外表面間の距離ｄ１と、基板３０が最も２つのターゲット材料６３に近い位置まで回転した状態において、各ターゲット材料６３の外表面と基板３０の表面とが最も近接する位置におけるターゲット材料６３の外表面と基板３０の表面との距離ｄ２（ｄ２´）とが、ｄ１≦３ｄ２・・・（式１）を満たすように設計されている。
本実施の形態に示したスパッタリング装置９１においても、上記第１の実施の形態と同様の効果を得られると共に、基板ホルダ５０を複数備えるので、複数の基板３０に対して薄膜Ｆの形成を効率よく行うことができる。

次に、実施例１〜１４について説明する。
各実施例では、上記第１の実施の形態で示したスパッタリング装置（図２を参照）を用いて、真空槽を３×１０^-3Ｐａまで排気した後、真空層に放電ガスとしてアルゴンガスを導入し、反応ガスとして酸素ガスを導入した。そして、真空槽内のガス圧が安定した状態で、実施例１〜５、９〜１４ではターゲット材料に対してサイン波形の電圧を印加し、実施例６〜８ではターゲット材料に対して矩形波形の電圧を印加して、ガラス基板とプラスチック基板に対して成膜を行った。また、実施例１〜９、比較例１及び２ではターゲット材料としてシリコンを用い、実施例１０〜１４及び比較例３ではターゲット材料としてチタンの低級酸化物を用いた。

各実施例及び比較例における成膜条件を表１に示す。

また、各実施例及び比較例における成膜速度とその評価、膜性能とその評価、総合評価を表２に示す。

表２より、比較例１のようにｄ１をｄ２（ｄ２´）の３倍以上としたとき、つまり、上記式１を満たさないとき、成膜速度の低下を招き、また、ガラス基板とプラスチック基板共に膜に白濁が生じ、膜性能は不十分であることが分かる。
一方、実施例３のようにｄ１をｄ２（ｄ２´）の２倍以上３倍以下としたとき、つまり、上記式１を満たし、式２を満たさないとき、ガラス基板に対して膜に白濁が生じず、膜性能は良好であった。さらに、実施例１及び２のように、ｄ１をｄ２（ｄ２´）の２倍以下としたとき、つまり、上記式２を満たすとき、ガラス基板、プラスチック基板共に成膜速度が高い状態で良好な膜性能が得られた。

また、比較例２のように、θを１６０°以上としたとき、つまり、上記式３を満たさないとき、膜性能は良好であるが、成膜速度が低下することが分かる。
一方、実施例４，５，７及び８のように、θを１６０°以下としたとき、つまり、上記式３を満たし、式４を満たさないとき、少なくともガラス基板に対して良好な膜性能が得られた。さらに、実施例２，６及び９のように、θを４５°〜１００°の範囲内としたとき、つまり、上記式４を満たすとき、ガラス基板、プラスチック基板共に成膜速度が高い状態で良好な膜性能が得られた。

また、比較例３のように、ｄ１をｄ２（ｄ２´）の３倍以上としたとき、つまり、上記式１を満たさないとき、成膜速度の低下を招き、また、ガラス基板とプラスチック基板共に膜に白濁が生じ、膜性能は不十分であることが分かる。
一方、実施例１２及び１３のようにｄ１をｄ２（ｄ２´）の２倍以上３倍以下としたとき、つまり、上記式１を満たし、式２を満たさないとき、ガラス基板に対して膜に白濁が生じず、膜性能は良好であった。さらに、実施例１０、１１及び１４のように、ｄ１をｄ２（ｄ２´）の２倍以下としたとき、つまり、上記式２を満たすとき、ガラス基板、プラスチック基板共に成膜速度が高い状態で良好な膜性能が得られた。

スパッタリング装置の外部構造を示す斜視図である。 真空槽内の構造を示す平面図である。 ｄ１、ｄ２、θを説明するための平面図である。 スパッタリング装置の動作を説明するための平面図（ａ）〜（ｄ）である。 印加電圧の波形を示す図（ａ）及び（ｂ）である。 第２の実施の形態のスパッタリング装置の内部構造を示す平面図である。 第３の実施の形態のスパッタリング装置の内部構造を示す平面図である。 酸化膜領域、遷移領域、金属領域を説明するためのグラフである。

符号の説明

２ 真空槽
３ ベルジャ本体
４ 蓋
５ ベースプレート
１０ スパッタリング装置
３０ 基板
５０ 基板ホルダ
６０ ターゲットブロック
６１ シャッタ
６３ ターゲット材料
７０ 導入口
７１ 導入口
８０ マグネット
９０ スパッタリング装置
９１ スパッタリング装置

Claims (7)

1. 真空槽内に、円筒状又は平板状の少なくとも２つのターゲット材料と、前記ターゲット材料の外表面近傍に磁界を発生させるマグネットとを備え、前記真空槽内に放電ガスと反応ガスとを導入した状態で、前記各ターゲット材料に電圧を印加することで基板表面に成膜を行うスパッタリング装置において、
   前記２つのターゲット材料の外表面同士の間隔をｄ１、前記ターゲット材料の外表面と前記基板表面との間隔をｄ２と規定したときに、次の式１を満たすことを特徴とするスパッタリング装置。
   ｄ１≦３ｄ２ （式１）
2. 請求項１に記載のスパッタリング装置において、
   次の式２を満たすことを特徴とするスパッタリング装置。
   ｄ１≦２ｄ２ （式２）
3. 請求項１又は２に記載のスパッタリング装置において、
   前記２つのターゲット材料が円筒状の場合には、これら２つのターゲット材料の外表面の法線同士が成す角をθと規定し、
   前記２つのターゲット材料が平板状の場合には、これら２つのターゲット材料の外表面の垂線同士が成す角をθと規定したときに、次の式３を満たすことを特徴とするスパッタリング装置。
   θ≦１６０° （式３）
4. 請求項３に記載のスパッタリング装置において、
   次の式４を満たすことを特徴とするスパッタリング装置。
   ４５°≦θ≦１００° （式４）
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパッタリング装置において、
   前記ターゲット材料が円筒状であり、スパッタリング中にこれらターゲット材料が円周方向に回転することを特徴とするスパッタリング装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパッタリング装置において、
   前記反応ガスの前記真空槽内への導入口を前記ターゲット材料と前記基板との間に設け、
   前記放電ガスの前記真空槽内への導入口を前記ターゲット材料に対して前記基板と反対側に設けることを特徴とするスパッタリング装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパッタリング装置において、
   前記２つのターゲット材料に印加する電圧の極性が互いに異なると共に、経時的に変化することを特徴とするスパッタリング装置。

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