JP2017210642A - イオンプレーティング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜対象の形成材料における選択の自由度を高めることを可能にしたイオンプレーティング装置を提供する。
【解決手段】イオンプレーティング装置１０は、成膜対象Ｓを支持するための支持部１１と、エネルギーを受けて蒸発する材料を保持するための保持部１２であって、蒸発した材料を放出する開口１２ａを有した保持部１２と、プラズマを生成するためのコイル１３であって、支持部１１と保持部１２とが並ぶ方向である配列方向に延び、かつ、配列方向から見て、保持部１２を囲む線状を有したコイル１３とを備える。配列方向において、コイル１３の少なくとも一部が、支持部１１と開口１２ａとの間に位置し、コイル１３の全体が、支持部１１と開口１２ａとの間の中央よりも保持部１２が位置する側に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発源が蒸発させた材料をプラズマで励起するイオンプレーティング装置に関する。

成膜対象に対して各種の薄膜を形成する装置として、イオンプレーティング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。イオンプレーティング装置は真空槽を備え、真空槽の内部において、蒸発材料と成膜対象とが１つの方向に沿って並び、蒸発材料と成膜対象との間に、プラズマを生成するためのコイルが位置している。コイルは、１つの方向において、成膜対象からコイルまでの距離と、蒸発材料からコイルまでの距離とがほぼ等しくなるように、真空槽の内部に位置している。イオンプレーティング装置は、成膜対象を加熱するヒーターをさらに備え、ヒーターは、成膜対象に対して薄膜が形成されるとき、成膜対象を所定の温度に加熱する。コイルの周りに生成されたプラズマを通過することで活性化された蒸発材料は、成膜対象に付着する際に、ヒーターによる成膜対象の加熱によって結晶化が促進され、成膜対象に形成される薄膜の膜特性が高まる。

特開平５−３２６３１５号公報

ところで、成膜対象に薄膜が形成されるときには、所望の膜特性が得られることを目的として、成膜対象が所定の温度まで加熱されるため、成膜対象の形成材料には、こうした加熱に対する耐性を有することが求められる。結果として、成膜対象の形成材料として選択が可能な材料は、加熱温度によって制約を受けている。
本発明は、成膜対象の形成材料における選択の自由度を高めることを可能にしたイオンプレーティング装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのイオンプレーティング装置は、成膜対象を支持するための支持部と、エネルギーを受けて蒸発する材料を保持するための保持部であって、蒸発した前記材料を放出する開口を有した前記保持部と、プラズマを生成するためのコイルであって、前記支持部と前記保持部とが並ぶ方向である配列方向に延び、かつ、前記配列方向から見て、前記保持部を囲む線状を有した前記コイルとを備える。前記配列方向において、前記コイルの少なくとも一部が、前記支持部と前記開口との間に位置し、前記コイルの全体が、前記支持部と前記開口との間の中央よりも前記保持部が位置する側に位置する。

上記構成によれば、コイルの周りに生成されるプラズマによって材料を励起することが容易である。それゆえに、膜特性の高められた膜を、より低温で成膜対象に形成することができ、結果として、成膜対象の形成材料における選択の自由度を高めることができる。

上記イオンプレーティング装置において、前記コイルは、前記配列方向において、前記開口から離れて位置し、前記配列方向において、前記開口と前記コイルとの間の距離が３ｃｍ以下であることが好ましい。

上記構成によれば、開口とコイルとの間の距離が３ｃｍ以下であるため、コイルと開口とが離れていても、開口から放出された材料が、コイルの周りに生成されるプラズマによってより励起されやすくなる。

上記イオンプレーティング装置において、前記開口は、前記コイルの内部に位置していることが好ましい。

上記構成によれば、コイルによって生成されるプラズマの密度が高い領域に開口が位置するため、蒸発した材料がプラズマによって励起されやすくなる。

上記イオンプレーティング装置において、前記コイルは、前記配列方向において、前記開口から離れて位置し、前記保持部に対して前記支持部とは反対側に位置して前記プラズマを前記開口に引き込むための電極をさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、コイルによって生成されるプラズマが、開口に向けて引き込まれるため、コイルと開口とが離れていても、開口の周りにプラズマが生成され、結果として、開口から放出された材料が、プラズマによって励起されやすくなる。

上記イオンプレーティング装置において、前記材料が金属であり、前記プラズマの生成に用いられるガスであって、前記ガスから生成された前記プラズマが前記材料に対する反応性を有する前記ガスを前記コイルと前記支持部との間に供給するガス供給部をさらに備えてもよい。

上記構成によれば、プラズマによって励起された金属化合物を成膜対象に到達させることができ、成膜対象における膜の膜特性を高めることができる。

本発明のイオンプレーティング装置を具体化した第１実施形態におけるイオンプレーティング装置の構成を示すブロック図。 イオンプレーティング装置の作用を説明するための作用図。 実施例および比較例におけるＸ線回折スペクトルを示す図。 実施例および比較例における透過スペクトルを示す図。 第１実施形態の変形例におけるイオンプレーティング装置の構成を示すブロック図。 本発明のイオンプレーティング装置を具体化した第２実施形態におけるイオンプレーティング装置の構成を示すブロック図。 配列方向から見たコイルと電極との平面構造を示す平面図。 イオンプレーティング装置の作用を説明するための作用図。 実施例におけるＸ線回折スペクトルを示す図。 本発明のイオンプレーティング装置を具体化した第３実施形態におけるイオンプレーティング装置の構成を示すブロック図。 実施例におけるＸ線回折スペクトルを示す図。

［第１実施形態］
図１から図４を参照して、本発明のイオンプレーティング装置を具体化した第１実施形態を説明する。以下では、イオンプレーティング装置の構成、イオンプレーティング装置の作用、および、実施例を順に説明する。

［イオンプレーティング装置の構成］
図１および図２を参照して、イオンプレーティング装置の構成を説明する。
図１が示すように、イオンプレーティング装置１０は、支持部１１、保持部１２、および、コイル１３を備えている。

支持部１１は、成膜対象Ｓを支持するための要素であり、例えば成膜対象Ｓと面接触することで、成膜対象Ｓを支持するステージである。支持部１１のうち、成膜対象Ｓと接する面は例えば平坦面であり、支持部１１は、１つの成膜対象Ｓを支持する。なお、支持部１１は、成膜対象Ｓを挟むことで成膜対象Ｓを支持するクランプなどでもよい。成膜対象Ｓは、例えば、ガラス基板、半導体基板、および、樹脂基板などである。

保持部１２は、エネルギーを受けて蒸発する材料を保持するための要素であり、蒸発した材料を放出する開口１２ａを有している。保持部１２は、例えば有底の筒状を有した容器であり、材料が蒸発する温度にて変性しない程度の耐熱性を有している。
保持部１２の保持する材料は、例えば金属であり、ガリウム（Ｇａ）、および、インジウム（Ｉｎ）などである。

コイル１３は、プラズマを生成するための要素であり、支持部１１と保持部１２とが並ぶ方向である配列方向に延び、かつ、配列方向から見て、保持部１２を囲む線状を有している。配列方向は、保持部１２の有する開口１２ａが支持部１１に対して臨む方向でもある。配列方向において、コイル１３の少なくとも一部が、支持部１１と開口１２ａとの間に位置し、コイル１３の全体が、支持部１１と開口１２ａとの間の中央よりも保持部１２が位置する側に位置している。

コイル１３の中で、配列方向における一部が支持部１１と開口１２ａとの間に位置し、配列方向における残りの一部が、開口１２ａよりも支持部１１から離れて位置している。コイル１３は、円筒面に描かれた線状を有し、保持部１２の開口１２ａは、コイル１３の内部、すなわち、コイル１３を含む円筒面の内部に位置している。

コイル１３は、導電性を有するとともに線状を有した部材から構成され、線状を有する部材が、所定の空間を区画するように複数回巻き回されることによって形成されている。保持部１２の全体が、コイル１３の内部、すなわち、コイル１３によって区画される空間の内部に位置している。

配列方向において、支持部１１のうち、成膜対象Ｓを保持する部分であって、かつ、保持部１２の開口１２ａと対向する部分と、保持部１２の開口１２ａとの間の距離が、第１離間距離Ｌ１である。支持部１１とコイル１３との間の距離は、第１離間距離Ｌ１の１／２よりも大きい。

イオンプレーティング装置１０は、真空槽１４を備え、真空槽１４は、支持部１１、保持部１２、および、コイル１３を収容することのできる空間を区画している。イオンプレーティング装置１０は、さらに、真空槽１４に接続された排気部１５を備えている。排気部１５は、イオンプレーティング装置１０の内部にて処理が行われるときに、真空槽１４の内部を排気して、真空槽１４の内部の圧力を所定の圧力にまで減圧する。

また、イオンプレーティング装置１０は、ガス供給部１６を備え、ガス供給部１６は、プラズマの生成に用いられるガスをコイル１３と支持部１１との間に供給する。このガスから生成されたプラズマは、材料に対する反応性を有する。ガス供給部１６の供給するガスは、材料が上述したＧａまたはＩｎであるとき、例えば窒素ガスである。

なお、ガス供給部１６がガスを供給する位置は、図１を参照して説明したとおり、真空槽１４の側面、すなわちコイル１３と支持部１１との間でもよいが、蒸発源１８の下側、すなわち真空槽１４の底面であってもよい。言い換えれば、ガス供給部１６がガスを供給する位置は、保持部１２に対して支持部１１が位置する側とは反対側であってもよい。この場合、蒸発源１８の下方から供給されたガスは、コイル１３によって区画される空間に直接供給されるため、保持部１２の開口１２ａ付近で、プラズマの生成を効率よく行うことが可能となる。

イオンプレーティング装置１０は、コイル１３に接続された高周波電源１７を備えている。真空槽１４内にガスが供給された状態で、高周波電源１７がコイル１３に対して高周波電力を供給すると、コイル１３の周りにプラズマが生成される。

イオンプレーティング装置１０は、保持部１２に保持された材料に対して、エネルギーを与える蒸発源１８を備えている。蒸発源１８は、例えば抵抗加熱機構であり、保持部１２を加熱することによって、保持部１２内の材料を材料が蒸発する温度にまで加熱する。もしくは、蒸発源１８は、保持部１２内の材料を材料が蒸発する温度にまで直接加熱してもよい。蒸発源１８は、誘導加熱機構、および、電子ビーム機構などでもよい。

［イオンプレーティング装置の作用］
図２を参照して、イオンプレーティング装置の作用を説明する。
イオンプレーティング装置１０において成膜対象Ｓに対して膜が形成されるときには、まず、排気部１５が真空槽１４の内部を所定の圧力にまで減圧し、そして、ガス供給部１６が所定の流量のガスを真空槽１４の内部に供給する。次いで、高周波電源１７が、コイル１３に対して、所定の高周波電力を出力する。

これにより、図２が示すように、コイル１３の周りにプラズマＰが生成される。その後、蒸発源１８が保持部１２に保持された材料Ｍに対してエネルギーを与えることによって、保持部１２の開口１２ａから蒸発した材料Ｍが放出される。

イオンプレーティング装置１０では、配列方向において、支持部１１と保持部１２の開口１２ａとの間にコイル１３の一部が位置し、かつ、コイル１３の全体が、支持部１１と開口１２ａとの間の中央よりも保持部１２が位置する側に位置している。

これにより、コイル１３が、配列方向において保持部１２からより離れて位置する構成と比べて、保持部１２の開口１２ａから放出された直後の材料Ｍ、すなわち蒸発源１８から与えられたエネルギーをより高い割合で保持した材料Ｍに対して、プラズマＰ中の荷電粒子が作用する。このような構成においては、材料Ｍがより高いエネルギーを有する状態で荷電粒子が材料Ｍに対して作用することから、コイル１３の周りに生成されるプラズマＰによって材料Ｍを励起することが容易であり、また、より活性化された材料Ｍを得ることが可能となる。それゆえに、成膜対象Ｓを加熱することなく、膜特性の高められた膜を、より低温で成膜対象Ｓに形成することができ、結果として、成膜対象Ｓの形成材料における選択の自由度を高めることができる。

コイル１３によって生成されるプラズマＰの密度は、コイル１３に近いほど高く、また、コイル１３との距離が同じであれば、コイル１３の内部の方がコイル１３の外部よりも高くなりやすい。この点で、上述した構成であれば、コイル１３の内部、すなわち、コイル１３によって生成されるプラズマＰの密度が高い領域に保持部１２の開口１２ａが位置するため、蒸発した材料ＭがプラズマＰによって励起されやすくなる。

また、コイル１３が配列方向において支持部１１寄りに位置するほど、成膜対象Ｓおよび成膜対象Ｓに形成される薄膜へのプラズマＰによるダメージや入熱が大きくなる。この点で、上述したイオンプレーティング装置１０では、コイル１３がより支持部１１寄りに位置する構成と比べて、プラズマＰが成膜対象Ｓからより離れた位置にて生成されるため、成膜対象Ｓおよび成膜対象Ｓに形成される薄膜へのプラズマＰによるダメージや入熱を抑えることが可能となる。

また、材料Ｍが金属であり、かつ、プラズマＰが材料Ｍに対して反応性を有する場合には、保持部１２の開口１２ａがプラズマＰの密度が高い領域に位置するため、保持部１２の開口１２ａから放出された直後の材料Ｍが、高いエネルギーを有する状態でプラズマＰによって励起され、プラズマＰ中に存在するラジカルやイオンと反応し金属化合物となる。そのため、金属化合物をより活性化された状態で成膜対象Ｓに到達させることができ、成膜対象Ｓに形成される膜の電気的特性や光学的特性など、成膜対象Ｓにおける膜の膜特性を高めることができる。

このように、イオンプレーティング装置１０であれば、成膜対象Ｓを加熱することによって、成膜対象Ｓに到達する材料Ｍの有するエネルギーを補わずとも、成膜対象Ｓに対して膜特性の高められた膜を形成することができる。それゆえに、例えば上述した樹脂基板のように、耐熱温度の低い材料から形成される基板に対して、膜を形成することが可能にもなる。また、樹脂よりも耐熱温度の高い材料から形成される基板であっても、熱に起因した損傷を抑えた状態で、成膜対象Ｓに膜を形成することができる。

なお、成膜対象Ｓを加熱しない構成であれば、成膜対象Ｓにあわせて、真空槽１４が加熱されることも抑えられる。そのため、真空槽１４の温度が所定の温度以上になることで、真空槽１４に吸着されたガスが、真空槽１４の内部に放出されることが抑えられる。それゆえに、真空槽１４から放出されたガスの成分が成膜対象Ｓに形成される膜に含まれることによって、膜における膜特性が低下することが抑えられる。

また、真空槽１４の内部では、プラズマＰのうちで密度の高い部分が、配列方向における保持部１２寄りに形成される。そのため、プラズマＰによる損傷が成膜対象Ｓにおいて生じることを抑えることもできる。

［実施例］
［実施例１］
イオンプレーティング装置として、コイルの全体が、配列方向における支持部と開口との間の中央よりも保持部側に位置し、かつ、保持部が、コイルの内部に位置するイオンプレーティング装置を用いた。成膜対象としてスライドガラス（松浪硝子工業（株）製、Ｓ７２１３）を準備し、保持部に保持される材料をＧａとし、ガス供給部の供給するガスを窒素ガスとした。

真空槽の内部を５×１０^−４Ｐａまで排気した後、真空槽の内部に窒素ガスを供給することで、真空槽の内部の圧力を８×１０^−２Ｐａまで高めた。そして、コイルに４５０Ｗの高周波電力を供給して、保持部の周りに窒素プラズマを生成した。その後、蒸発源である抵抗加熱機構を用いてガリウムを加熱し、成膜対象に１Å／ｓの速度でガリウムを到達させた。

成膜対象に形成された窒化ガリウム（ＧａＮ）膜の厚さを水晶振動子によって確認し、１００ｎｍの厚さを有するＧａＮ膜を形成したところで、蒸発源によるＧａの加熱を停止した。その後、コイルに対する高周波電力の供給、および、窒素ガスの供給を順に停止し、ＧａＮ膜が形成された成膜対象の温度が室温にまで低下したところで、成膜対象を取り出した。これにより、実施例１のＧａＮ膜を得た。

［実施例２］
材料をＩｎに変更した以外は、実施例１と同じ方法を用いて、ＩｎＮ膜を成膜対象に形成することで、実施例２のＩｎＮ膜を得た。

［比較例１］
イオンプレーティング装置として、配列方向におけるコイルの半分以上が、支持部と開口との中央よりも支持部側に位置するイオンプレーティング装置を用いた以外は、実施例１と同じ方法を用いて、比較例１のＧａＮ膜を得た。

［比較例２］
イオンプレーティング装置として、比較例１と同じイオンプレーティング装置を用いた以外は、実施例２と同じ方法を用いて、比較例２のＩｎＮ膜を得た。

［Ｘ線回折スペクトルの測定］
実施例１のＧａＮ膜、実施例２のＩｎＮ膜、比較例１のＧａＮ膜、および、比較例２のＩｎＮ膜の各々について、Ｘ線回折装置（ブルカー社製、Ｄ８ＤＩＳＣＯＶＥＲ）を用いて、回折角２θが２０°から６０°である範囲において、Ｘ線回折スペクトルを測定した。

図３が示すように、実施例１では、比較例１に比べて、回折角２θが３０°から４０°までの間に、半値幅が小さく、かつ、強度の高いピークが得られることが認められた。すなわち、実施例１のＧａＮ膜は、比較例１のＧａＮ膜と比べて、結晶子が大きいことが認められた。また、実施例１にてピークが得られる回折角２θから、実施例１のＧａＮ膜は、（００２）配向を有することが認められ、比較例１にてピークが得られる回折角２θから、比較例１のＧａＮ膜は、（００２）配向を有することが認められた。

また、実施例２では、比較例２に比べて、回折角２θが３０°から４０°までの間に、半値幅が小さく、かつ、強度の高いピークが得られることが認められた。すなわち、実施例２のＩｎＮ膜は、比較例２のＩｎＮ膜と比べて、結晶子が大きいことが認められた。また、実施例２にてピークが得られる回折角２θから、実施例２のＩｎＮ膜は、（１０１）配向を有することが認められ、比較例２にてピークが得られる回折角２θから、比較例２のＩｎＮ膜は、（１０１）配向を有することが認められた。

［半値幅および結晶子径］
実施例１、実施例２、比較例１、および、比較例２について、半値幅および結晶子径を測定したところ、以下の表１に示される値であることが認められた。

表１が示すように、実施例１のＧａＮ膜における半値幅は０．５５３°であり、実施例２のＩｎＮ膜における半値幅は０．４３８°であり、比較例１のＧａＮ膜における半値幅は２．６７３°であり、比較例２のＩｎＮ膜における半値幅は２．３３２°であることが認められた。

また、実施例１のＧａＮ膜における結晶子径は１５．０ｎｍであり、実施例２のＩｎＮ膜における結晶子径は１９．０ｎｍであり、比較例１のＧａＮ膜における結晶子径は３．１ｎｍであり、比較例２のＩｎＮ膜における結晶子径は３．５ｎｍであることが認められた。

このように、実施例１によれば比較例１に比べて半値幅および結晶子径の値がいずれも大幅に改善され、実施例２によれば比較例２に比べて半値幅および結晶子径の値がいずれも大幅に改善されることが認められた。

［透過スペクトルの測定］
実施例１のＧａＮ膜、実施例２のＩｎＮ膜、比較例１のＧａＮ膜、および、比較例２のＩｎＮ膜の各々について、紫外可視分光光度計（日立ハイテクサイエンス（株）製、Ｕ３９００）を用いて、３００ｎｍから９００ｎｍの波長域での、透過スペクトルを測定した。

図４が示すように、実施例１のＧａＮ膜および実施例２のＩｎＮ膜では、比較例１のＧａＮ膜および比較例２のＩｎＮ膜と比べて、各膜に照射された光を透過する度合いが大きいことが認められた。また、実施例１のＧａＮ膜および実施例２のＩｎＮ膜は、それぞれ特定の波長において光を吸収する特性が認められるため、バンドギャップを有した半導体としての特性を有すると言える。すなわち、実施例１のＧａＮ膜および実施例２のＩｎＮ膜の各々は、ＧａあるいはＩｎの単体の膜ではなく、これらの金属が窒化された膜であると言える。

これに対して、比較例１のＧａＮ膜および比較例２のＩｎＮ膜では、各膜に照射される光の波長に関わらず、各膜に照射された光を透過する度合いが小さいため、ＧａあるいはＩｎの単体の膜とほぼ同様の特性、すなわち金属的な特性を有すると言える。

このように、実施例１および実施例２にて用いたイオンプレーティング装置によれば、結晶子の大きい、すなわち、光学的特性や電気特性において半導体膜としての特性が高められた膜が得られることが認められた。

以上説明したように、イオンプレーティング装置の第１実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）コイル１３の周りに生成されるプラズマＰによって材料Ｍを励起することが容易である。それゆえに、膜特性の高められた膜を、より低温で成膜対象Ｓに形成することができ、結果として、成膜対象Ｓの形成材料における選択の自由度を高めることができる。

（２）コイル１３によって生成されるプラズマＰの密度が高い領域に開口１２ａが位置するため、蒸発した材料Ｍがより高いエネルギーを有する状態でプラズマＰによって励起される。それゆえに、蒸発した材料Ｍがより活性化されやすくなる。

（３）プラズマＰによって励起された金属化合物を成膜対象Ｓに到達させることができ、成膜対象Ｓにおける膜の膜特性を高めることができる。

（４）コイル１３が成膜対象Ｓから離れて位置するため、成膜対象Ｓおよび成膜対象Ｓに形成される薄膜へのプラズマによるダメージや入熱を抑えることが可能となる。

なお、上述した第１実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
・保持部１２に保持される材料は、上述したＧａおよびＩｎに限らず、Ｓｉ（シリコン）やＡｌ（アルミニウム）などの他の金属などの無機物であってもよい。またあるいは、材料は、有機化合物であってもよい。こうした構成であっても、配列方向において、支持部１１と保持部１２の開口１２ａとの間の中央よりも開口１２ａ寄りにコイル１３の全体が位置し、かつ、開口１２ａがコイル１３の内部に位置していれば、上述した（１）および（２）と同等の効果を得ることはできる。

・ガス供給部１６が真空槽１４の内部に供給するガスは、窒素原子を含む他のガスであってもよい。あるいは、ガスから生成されたプラズマが無機物に対して反応性を有するガスであって、例えば酸素原子などを含むガスであってもよい。

・ガス供給部１６が真空槽１４の内部に供給するガスは、ガスから生成されたプラズマＰが材料Ｍに対して反応性を有しないガス、例えば希ガスであってもよい。言い換えれば、成膜対象Ｓに形成される膜は、ガス供給部１６が供給する元素とは異なる複数の元素から構成される無機化合物であってもよいし、ガス供給部１６が供給する元素とは異なる単一の元素から構成される無機物であってもよい。こうした構成であっても、保持部１２の開口１２ａから放出された材料ＭがプラズマＰによって励起されるため、上述した（１）および（２）と同等の効果を得ることはできる。

・保持部１２の保持する材料Ｍと、ガス供給部１６の供給するガスとの組み合わせは、成膜対象Ｓに対して非晶質の膜を形成する組み合わせでもよい。こうした構成であっても、プラズマＰによって励起された材料Ｍによって成膜対象Ｓに膜が形成されるため、成膜対象Ｓに形成される膜の電気的特性や光学的特性などの膜特性を高めることが可能である。

・保持部１２の全体がコイル１３の内部に位置していなくてもよく、少なくとも保持部１２の開口１２ａがコイル１３の内部に位置していればよい。こうした構成によっても、上述した（２）と同等の効果を得ることはできる。

・イオンプレーティング装置１０は、成膜対象Ｓを加熱する加熱部を備え、成膜対象Ｓに対して膜を形成するときに、成膜対象Ｓを加熱部によって加熱する構成であってもよい。ただし、上述したように、イオンプレーティング装置１０によれば、コイル１３がより支持部１１寄りに位置する構成と比べて、成膜対象Ｓの温度が低い状態で膜を結晶化させることが可能であることから、成膜対象Ｓを加熱する温度を低くすることが可能になる。それゆえに、少なからず上述した（１）と同等の効果を得ることはできる。

なお、成膜対象Ｓを加熱することによって、成膜対象Ｓに吸着する水分などを成膜対象Ｓから脱ガスすることが可能にもなる。また、材料Ｍが有機化合物である場合には、成膜対象Ｓに到達した材料Ｍに含まれる溶剤などを脱離することが可能にもなる。

・支持部は、複数の成膜対象Ｓを一度に支持できるように構成されていてもよい。例えば、上述した支持部１１であれば、支持部１１の有する平坦面が、複数の成膜対象Ｓを支持可能な大きさを有していればよい。

図５が示すように、複数の成膜対象Ｓを一度に支持することができる支持部２１では、複数の成膜対象Ｓを支持する面が、配列方向に沿う端面において、弧状を有してもよい。例えば、支持部２１のうち、成膜対象Ｓを支持する面は、配列方向において、保持部１２から離れる方向に向けて凸となる弧状を有している。

こうした構成では、支持部２１と保持部１２の開口１２ａとの間の距離が最も小さい位置において、コイル１３の全体が、配列方向における支持部２１と開口１２ａとの間の中央よりも開口１２ａ寄りに位置していればよい。こうした構成によっても、上述した（１）と同様の効果を得ることはできる。

［第２実施形態］
図６から図９を参照して、本発明のイオンプレーティング装置を具体化した第２実施形態を説明する。第２実施形態のイオンプレーティング装置は、第１実施形態のイオンプレーティング装置と比べて、プラズマを引き込む電極を備える点が異なっている。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明し、かつ、第１実施形態と共通する構成には、第１実施形態と同じ符号を付すことによって、その構成の詳しい説明を省略する。また、以下では、イオンプレーティング装置の構成、イオンプレーティング装置の作用、および、実施例を順番に説明する。

［イオンプレーティング装置の構成］
図６および図７を参照して、イオンプレーティング装置の構成を説明する。
図６が示すように、イオンプレーティング装置３０は、第１実施形態のイオンプレーティング装置１０と同様、支持部１１、保持部１２、および、コイル３１を備えている。コイル３１は、配列方向において、保持部１２の開口１２ａから離れて位置している。配列方向から見て、保持部１２は、コイル３１によって囲まれる領域内に位置している。

イオンプレーティング装置３０は、さらに、保持部１２に対して支持部１１とは反対側に位置して、プラズマを開口１２ａに引き込むための電極３２を備えている。電極３２は導電性を有し、金属製であることが好ましい。電極３２は、例えば、配列方向と直交する方向に沿って広がる平面上に位置する板状を有している。

イオンプレーティング装置３０は、電極３２に接続する電極用電源３３を備え、電極用電源３３は、電極３２に対して電力を供給することによって、電極３２にバイアス電位を印加する。電極用電源３３は、直流電源でもよいし、高周波電源を含む交流電源であってもよいが、電極３２に引き込む粒子をプラズマ中の正イオンとする上では、電極用電源３３は、高周波電源であることが好ましい。

図７が示すように、電極３２は、配列方向から見て、コイル３１の全体と重なる大きさを有している。電極３２は、配列方向から見て、コイル３１の周方向の全体にわたって、コイル３１よりも外側にはみ出している。

［イオンプレーティング装置の作用］
図８を参照して、イオンプレーティング装置３０の作用を説明する。
図８が示すように、イオンプレーティング装置３０において成膜対象Ｓに対して膜が形成されるときには、まず、第１実施形態と同様の手順で、コイル３１の周りにプラズマＰが生成される。次いで、電極用電源３３が電極３２に電力を供給することによって、電極３２にバイアス電位を印加する。その後、蒸発源１８が保持部１２に保持された材料Ｍに対してエネルギーを与える。

これにより、コイル３１の周りに生成されたプラズマＰが、電極３２に向けて引き込まれる。言い換えれば、プラズマＰ中に含まれる荷電粒子が電極３２に向けて引き込まれる。これにより、配列方向において、コイル３１と電極３２との間に位置する保持部１２の開口１２ａにもプラズマＰに含まれる荷電粒子が引き込まれる。そのため、コイル３１と保持部１２とが離れていても、開口１２ａから放出された材料Ｍが、荷電粒子に接しやすくなる。

このように、イオンプレーティング装置３０によれば、コイル３１によって生成されるプラズマＰが、開口１２ａに向けて引き込まれるため、コイル３１と開口１２ａとが離れていても、開口１２ａの周りにプラズマＰが生成される。結果として、開口１２ａから放出された材料Ｍが、プラズマＰによって励起されやすくなる。

また、電極３２が、配列方向から見て、コイル３１の全体と重なるため、コイル３１の一部のみと重なる構成と比べて、コイル３１と電極３２との間において、プラズマＰの生成される領域が広がる。そのため、開口１２ａから放出された材料Ｍが、プラズマＰによってより励起されやすくなる。

［実施例］
［実施例３］
イオンプレーティング装置として、コイルの全体が、配列方向における支持部と開口との間の中央よりも保持部側に位置し、かつ、保持部の開口とコイルの端部との距離が約１ｃｍとなるようにコイルが位置し、かつ、保持部に対してコイルとは反対側に電極が位置するイオンプレーティング装置を用いた。成膜対象としてスライドガラス（実施例１と同じ）を準備し、保持部に保持される材料をＩｎとし、ガス供給部の供給するガスを窒素ガスとした。

真空槽の内部を４×１０^−４Ｐａまで排気した後、真空槽の内部に窒素ガスを供給することで、真空槽の内部の圧力を０．１Ｐａまで高めた。そして、コイルに２００Ｗの高周波電力を供給し、かつ、電極に印加するバイアス電圧を−５０Ｖとすることによって、保持部の周りに窒素プラズマを生成した。その後、蒸発源である抵抗加熱機構を用いてインジウムを加熱し、成膜対象に１Å／ｓの速度でインジウムを到達させた。

成膜対象に形成された窒化インジウム（ＩｎＮ）膜の厚さを水晶振動子によって確認し、５０ｎｍの厚さを有するＩｎＮ膜を形成したところで、蒸発源によるＩｎの加熱を停止した。その後、コイルに対する高周波電力の供給、および、窒素ガスの供給を順に停止し、ＩｎＮ膜が形成された成膜対象の温度が室温にまで低下したところで、成膜対象を取り出した。これにより、実施例３のＩｎＮ膜を得た。

［実施例４］
電極に印加するバイアス電圧を＋５０Ｖに変更した以外は、実施例３と同じ方法を用いて、ＩｎＮ膜を成膜対象に形成することで、実施例４のＩｎＮ膜を得た。

［Ｘ線回折スペクトルの測定］
実施例３のＩｎＮ膜および実施例４のＩｎＮ膜の各々について、Ｘ線回折装置（同上）を用いて、回折角２θが２０°から６０°である範囲において、Ｘ線回折スペクトルを測定した。

図９が示すように、実施例３および実施例４の各々では、回折角２θが３０°から４０°までの間に２つのピークが認められた。各ピークが得られる回折角２θから、回折角２θが相対的に小さい角度におけるピークが（００２）配向を示し、回折角２θが相対的に大きい角度におけるピークが（１０１）配向を示すことが認められた。

［半値幅および結晶子径］
実施例３および実施例４について、（１０１）配向における半値幅および結晶子径を測定したところ、以下の表２に示される値であることが認められた。

表２が示すように、実施例３のＩｎＮ膜における半値幅は０．８１９°であり、実施例４のＩｎＮ膜における半値幅は０．９０９°であることが認められた。また、実施例３のＩｎＮ膜における結晶子径は１０．１ｎｍであり、実施例４のＩｎＮ膜における結晶子径は９．１ｎｍであることが認められた。

このように、実施例３および実施例４によれば、上述した比較例２に比べて半値幅および結晶子径の値のいずれもが大幅に改善されることが認められた。

以上説明したように、イオンプレーティング装置の第２実施形態によれば、上述した（１）、（３）、および、（４）に加えて、以下に記載の効果を得ることができる。
（５）開口１２ａに向けてプラズマＰを引き込むための電極３２を備えるため、開口１２ａから放出された材料Ｍが、プラズマＰによって励起されやすくなる。

（６）電極３２が、配列方向から見て、コイル３１の全体と重なるため、開口１２ａから放出された材料Ｍが、プラズマＰによってより励起されやすくなる。

なお、上述した第２実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
・電極３２は、配列方向から見て、コイル３１の全体ではなく、一部のみと重なっていてもよい。こうした構成であっても、保持部１２の開口１２ａに対してプラズマＰを引き込むことは可能であるため、上述した（５）と同等の効果を得ることはできる。

・第１実施形態の変形例と同様、イオンプレーティング装置３０においても、保持部１２の保持する材料Ｍと、ガス供給部１６の供給するガスとは、適宜の組み合わせとすることができる。

・イオンプレーティング装置３０の支持部１１も、一度に複数の成膜対象Ｓを支持することが可能であってもよい。また、イオンプレーティング装置３０に対して、図５を用いて先に説明した支持部２１の構成を組み合わせることも可能である。

［第３実施形態］
図１０および図１１を参照して、本発明のイオンプレーティング装置を具体化した第３実施形態を説明する。なお、第３実施形態のイオンプレーティング装置は、第１実施形態のイオンプレーティング装置と比べて、保持部の開口とコイルとの間の距離が異なっている。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明し、かつ、第１実施形態と共通する構成には、第１実施形態と同じ符号を付すことによって、その構成の詳しい説明を省略する。また、以下では、イオンプレーティング装置の構成、および、実施例を順番に説明する。

［イオンプレーティング装置の構成］
図１０を参照して、イオンプレーティング装置の構成を説明する。
図１０が示すように、イオンプレーティング装置４０は、第１実施形態のイオンプレーティング装置１０と同様、支持部１１、保持部１２、および、コイル４１を備えている。コイル４１は、配列方向において、保持部１２の開口１２ａから離れて位置している。配列方向において、開口１２ａとコイル４１との間の距離が第２離間距離Ｌ２であり、第２離間距離Ｌ２は、３ｃｍ以下である。

こうしたイオンプレーティング装置４０によれば、第２離間距離Ｌ２が３ｃｍ以下であるため、開口１２ａから放出された材料が、コイル４１の周りに生成されるプラズマによってより励起されやすくなる。特に、コイル４１と開口１２ａとの間の分圧が１×１０^−２Ｐａ以上１０Ｐａ以下である成膜方法であれば、第２離間距離Ｌ２が３ｃｍ以下であることによって、プラズマ中の粒子の有するエネルギーの低下が抑えられる。

より詳しくは、第２離間距離Ｌ２が３ｃｍ以下であれば、コイル４１と開口１２ａとが離れていても、開口１２ａから放出された材料を励起する程度の密度を有したプラズマが、開口１２ａの周りにも生成される。そのため、開口１２ａから放出された材料の粒子が、真空槽１４内に存在する他の粒子、例えば、他の材料の粒子や真空槽１４内に存在するガス分子などと衝突をする前に、もしくは、他の粒子と衝突する回数が小さい状態で、真空槽１４内に生成されたプラズマ中の荷電粒子と作用することが可能である。それゆえに、開口１２ａから放出された材料が、コイル４１の周りに生成されるプラズマによって励起されやすくなる。

［実施例］
［実施例５］
電極を省略した以外は、実施例３と同じ方法を用いて、ＩｎＮ膜を成膜対象に形成することで、実施例５のＩｎＮ膜を得た。

［Ｘ線回折スペクトルの測定］
実施例５のＩｎＮ膜について、Ｘ線回折装置（同上）を用いて、回折角２θが２０°から６０°である範囲において、Ｘ線回折スペクトルを測定した。

図１１が示すように、実施例５では、回折角２θが３０°から４０°までの間に２つのピークが認められた。各ピークが得られる回折角２θから、回折角２θが相対的に小さい角度におけるピークが（００２）配向を示し、回折角２θが相対的に大きい角度におけるピークが（１０１）配向を示すことが認められた。

［半値幅および結晶子径］
実施例５について、半値幅および結晶子径を測定したところ、以下の表３に示される値であることが認められた。

表３が示すように、実施例５のＩｎＮ膜における半値幅は１．０６４°であり、実施例５のＩｎＮ膜における結晶子径は７．８ｎｍであることが認められた。このように、実施例５によれば、上述した比較例２に比べて半値幅および結晶子径の値のいずれもが改善されることが認められた。

以上説明したように、イオンプレーティング装置の第３実施形態によれば、上述した（１）、（３）、および、（４）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（７）第２離間距離Ｌ２が３ｃｍ以下であるため、開口１２ａから放出された材料が、コイル４１の周りに生成されるプラズマによってより励起されやすくなる。

なお、上述した第３実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・イオンプレーティング装置４０は、図６を用いて先に説明された構成、すなわち、電極３２を備える構成と組み合わせて実施することもできる。こうした構成によれば、第２離間距離Ｌ２が３ｃｍ以下であり、かつ、保持部１２の開口１２ａに向けてプラズマが引き込まれるため、開口１２ａから放出された材料が、プラズマＰによってより励起されやすくなる。

・第１実施形態の変形例と同様、イオンプレーティング装置３０においても、保持部１２の保持する材料Ｍと、ガス供給部１６の供給するガスとは、適宜の組み合わせとすることができる。

・イオンプレーティング装置４０の支持部１１も、一度に複数の成膜対象Ｓを支持することが可能であってもよい。また、イオンプレーティング装置４０に対して、図５を用いて先に説明した支持部２１の構成を組み合わせることも可能である。

１０，３０，４０…イオンプレーティング装置、１１，２１…支持部、１２…保持部、１２ａ…開口、１３，３１，４１…コイル、１４…真空槽、１５…排気部、１６…ガス供給部、１７…高周波電源、１８…蒸発源、３２…電極、３３…電極用電源、Ｍ…材料、Ｐ…プラズマ、Ｓ…成膜対象。

Claims (5)

1. 成膜対象を支持するための支持部と、
   エネルギーを受けて蒸発する材料を保持するための保持部であって、蒸発した前記材料を放出する開口を有した前記保持部と、
   プラズマを生成するためのコイルであって、前記支持部と前記保持部とが並ぶ方向である配列方向に延び、かつ、前記配列方向から見て、前記保持部を囲む線状を有した前記コイルとを備え、
   前記配列方向において、
   前記コイルの少なくとも一部が、前記支持部と前記開口との間に位置し、
   前記コイルの全体が、前記支持部と前記開口との間の中央よりも前記保持部が位置する側に位置する
   イオンプレーティング装置。
2. 前記コイルは、前記配列方向において、前記開口から離れて位置し、
   前記配列方向において、前記開口と前記コイルとの間の距離が３ｃｍ以下である
   請求項１に記載のイオンプレーティング装置。
3. 前記開口は、前記コイルの内部に位置している
   請求項１に記載のイオンプレーティング装置。
4. 前記コイルは、前記配列方向において、前記開口から離れて位置し、
   前記保持部に対して前記支持部とは反対側に位置して前記プラズマを前記開口に引き込むための電極をさらに備える
   請求項１または２に記載のイオンプレーティング装置。
5. 前記材料が金属であり、
   前記プラズマの生成に用いられるガスであって、前記ガスから生成された前記プラズマが前記材料に対する反応性を有する前記ガスを前記コイルと前記支持部との間に供給するガス供給部をさらに備える
   請求項１から４のいずれか一項に記載のイオンプレーティング装置。