JP4694363B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は成膜装置と、その成膜装置を用いた成膜方法に関する。

図１０の符号１０１は従来技術の成膜装置を示している。
この成膜装置１０１は真空槽１０２を有しており、真空槽１０２の底壁には蒸着源１３０が取り付けられている。

蒸着源１３０は円筒状のアノード電極１３１と、アノード電極１３１内部に配置された放電部１３５とを有している。放電部１３５は、蒸着材料１３４と、トリガ電極１３２とを有しており、トリガ電極１３２と蒸着材料１３４はそれぞれ電源装置１４１に接続されている。

真空槽１０２には真空排気系１０９が接続されており、真空排気系１０９によって真空槽１０２内部を真空排気して真空雰囲気を形成した後、アノード電極１３１を接地電位に置いた状態で、トリガ電極１３２と蒸着材料１３４との間にトリガ放電を起こすと、トリガ放電によってアノード電極１３１と蒸着材料１３４との間にアーク放電が誘起される。

アーク放電が誘起されると、アノード電極１３１から蒸着材料１３４に向かってアーク電流が流れ、蒸着材料１３４の側面から蒸着材料１３４の粒子が放出される。蒸着材料の粒子のうち、荷電粒子はアーク電流が形成する磁界によって飛行以降が曲げられ、アノード電極１３１の開口１３６から真空槽１０２内部に放出される。

基板ホルダ１０７は基板１１１を開口１３６と対向する位置を通過させるように水平面内で回転し、基板１１１が開口１３６と対向する位置を通過する時に、その表面に荷電粒子が到達して蒸着材料の薄膜が形成される。

上述した成膜装置１０１では、アーク放電の回数で成膜量が決まるので、アーク放電の回数を設定することで非常に薄い膜（１〜２ｎｍ）でも制御よく成膜することが可能である。

また、蒸着源１３０から放出される粒子の飛行速度は１００００ｍ／秒以下（文献：Ｊ、Ｖａｃ．Ｓｅｃ．Ｊｐｎ（真空）Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ．９、２００４ ｐｌ３）と早いため非常に平坦な膜が形成される（Ｕｌｖａｃ ｔｅｃｈｉｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｎｏ．４９ １９９８ ｐ９）。

この特徴は磁性デバイス、特にＭＲＡＭ等の磁性、非磁性材料をｎｍの薄膜で積層させていくプロセスに向いている。例えばＣｏ・ＦｅＮｉ／Ｔａ／Ｐｙ／Ｉｒ・Ｍｎ等を膜厚がｎｍの単位で積層させなければならない時には、真空槽１０２内に蒸着源１３０を四個搭載した装置を用いれば、同じ基板の上に上記材料を積層させることができる。

図１０に示した同軸型真空アーク蒸着源１３０ではカソード材（蒸着材料１３４）に用いた合金の比率と、成膜された薄膜中の合金の比率が略等しくなることが確認されており、所望の合金比率のカソード材を用いることで、所望の合金比率の薄膜が成膜される。

ところで、アーク電流が流れる時には、蒸着材料１３４の一部が溶融し、その溶融部分から直径約５０〜１００μｍの溶融物（ドロップレット）が放出される。 図１１の符号１４６はそのドロップレットを示しており、ドロップレット１４６はそのまま開口１３６から放出されるか、アノード電極１３１の内壁面に衝突して直径約１〜５μｍの細かいドロップレット１４６となって開口１３６から放出される。

従って、開口１３６からは荷電粒子１４５の他に、大小のドロップレット１４６が放出されることになる。このドロップレット１４６は大小いずれのものも直径が１μｍ以上であり、荷電粒子に比べて非常に大きい。このようなドロップレット１４６が成膜中の薄膜に混入すると膜質が悪くなり、成膜後に得られるデバイスの機能が低下する。

このドロプレット１４６を除去するためには色々な方法が考案されている。その一つにはアーク蒸着源１３０の前方で水車のようなフィルタ（以下、Ｖａｎｅ型フィルタと呼称する）を高速回転させて、ドロプレット１４６と、荷電粒子１４５の飛行速度の差から、荷電粒子１４５よりも飛行速度の遅い１μｍ以上のドロプレット１４６を捕獲するものである。但し、このＶａｎｅ型フィルタを用いる方法では、蒸着材料の種類によっては非常に高速に回転させなければならず、コストと安全面からも問題が多い。

他の方法としては、開口１３６から基板１１１に向かう進行方向に沿って磁力線を形成して、その磁力線を這わせて荷電粒子を輸送する方法がある（例えば特許文献２、３を参照）。この方法は装置が大掛かりになるだけではなく、開口１３６から基板１１１までの輸送空間の距離が長く、荷電粒子の基板１１１への到達量が減少してしまい、成膜効率が悪くなる。

更に、その輸送空間を形成するために磁界形成手段を真空槽１０２内に配置すると、ドロップレットがその磁界形成手段に衝突して細かいドロップレットが発生し、そのドロップレットが成膜中の薄膜に混入するという新たな問題も生じた。

また、ヨークと磁石を用いて９０度以上折れ曲がった磁気回路を形成し、その磁気回路の磁力線と荷電粒子の拡散方向とを同じにして、荷電粒子の飛行方向を偏向させる方式では（例えば特許文献４を参照）、ドロプレットは低減できるが、磁力線が磁石上に近づくため磁束密度が高くなり、荷電粒子が収束し飛行粒子の密度が高くなり、大きな面積に均一に照射できない問題があった。

従って、従来技術では、膜厚ｎｍ単位で複数種類の膜を積層することはできても、ドロップレットの混入を防ぎ、広い面積に均一に各膜を形成することは困難であった。

しかも、基板上に複数種類の膜を積層させるために、真空槽１０２に蒸着源１３０を複数搭載させる場合には、上述したＶａｎｅ型フィルタのような複雑な装置を、蒸着源１３０の数だけ真空槽１０２の内部に設置する必要があり、成膜装置１０１が大型になる上、その構造も複雑になるという問題があった。
「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ」２００４年、第４７巻 ９号、ｐ．ｌ３ 「Ｕｌｖａｃ ｔｅｃｈｉｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ」、（株）アルバック・コーポレートセンター、１９９８年、 Ｎｏ．４９、ｐ．９ 特開２０００−８１５７号公報 特開２００３−３２１７６９号公報 特開２００４−１９７１７７号公報 特開２００４−２２５１０７号公報

本発明は上記課題を解決するためのものであって、その目的は複数種類の膜を、ドロップレットの混入無しに、均一に形成することである。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽の内部に荷電粒子を放出する第一、第二の蒸着源と、前記真空槽内部に磁力線を形成する磁界形成装置とを有し、前記磁界形成装置は、互いに異なる磁極が向き合い、前記磁極が向き合った偏向領域に前記磁力線を形成する第一、第二の磁石部材と、前記第一、第二の磁石部材の互いに向き合う磁極の極性を逆にし、前記磁力線の向きを逆向きにする反転装置とを有し、前記第一、第二の蒸着源は、前記偏向領域に反対方向から荷電粒子をそれぞれ入射させ、同じ電荷の荷電粒子に同じ方向のローレンツ力を及ぼすように構成された成膜装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の成膜装置であって、前記第一、第二の磁石部材は永久磁石で構成され、前記反転装置は、前記第一、第二の磁石部材のＮ極とＳ極の位置を入れ替えるように前記第一、第二の磁石部材を回転させる成膜装置である。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の成膜装置であって、前記反転装置は、第一、第二の回転軸を有し、前記第一、第二の磁石部材は、前記第一、第二の回転軸の中心軸線を中心として回転するようにされた成膜装置である。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の成膜装置であって、前記第一、第二の磁石部材は板状であって、一端部が前記第一、第二の回転軸に取り付けられた成膜装置である。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の成膜装置であって、前記反転装置は、前記第一、第二の磁石部材を互いに異なる磁極が向き合う第一、第二の位置でそれぞれ静止させ、前記第一、第二の磁石部材は、前記第一の位置でそれぞれ静止した時と、前記第二の位置でそれぞれ静止した時に、互いに平行に向き合うようにされた成膜装置である。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の成膜装置であって、前記第一、第二の蒸着源は前記第一、第二の磁石部材が前記第一の位置で静止した時に形成される磁力線と、前記第一、第二の磁石部材が前記第二の位置で静止した時に形成される磁力線の両方に対して垂直な方向に前記荷電粒子を放出する成膜装置である。
請求項７記載の発明は、請求項１記載の成膜装置であって、前記第一、第二の磁石部材は電磁石で構成され、前記反転装置は前記第一、第二の磁石部材に通電する電流の向きを変え、前記第一、第二の磁石部材の形成する前記磁力線の向きを変えるように構成された成膜装置である。
請求項８記載の発明は、前記第一、第二の磁石部材はヨークで構成され、前記反転装置は互いに異なる極性の磁極が形成された磁化手段を有し、前記磁化手段の前記磁極が前記第一、第二の磁石部材にそれぞれ接触すると、前記第一、第二の磁石部材の互いに向き合った位置に、異なる磁極が形成されるように構成された請求項１記載の成膜装置であって、前記反転装置は、前記磁化手段の、前記第一、第二の磁石部材に接触する磁極の極性を反転させるように構成された成膜装置である。
請求項９記載の発明は、請求項８記載の成膜装置であって、前記反転装置は前記磁化手段を回転させ、前記第一、第二の磁石部材に接触する磁極を交換するように構成された成膜装置である。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の成膜装置であって、前記磁化手段の回転は、前記磁化手段に形成された前記磁極の間の中心を通る回転軸線を中心として回転させるように構成された成膜装置である。
請求項１１記載の発明は、前記第一、第二の蒸着源は同一の放出空間に向けて互いに逆方向から前記荷電粒子を放出し、前記第一、第二の磁石部材は、前記第一、第二の蒸着源から放出される前記荷電粒子の飛行範囲の両側に配置された請求項８乃至請求項１０のいずれか１項記載の成膜装置であって、前記放出空間に向け、互いに逆方向であって、前記第一、第二の蒸着源の前記荷電粒子の放出方向とは、略垂直方向に前記荷電粒子を放出する第三、第四の蒸着源と、前記第三、第四の蒸着源が放出する荷電粒子の飛行方向の両側に配置された前記第三、第四の磁石部材とを有し、前記第一〜第四の蒸着源は、前記第一、第二の蒸着源を結ぶ線分が、前記第三、第四の蒸着源を結ぶ線分と略垂直に交わるよう配置された成膜装置である。
請求項１２記載の発明は、真空槽と、前記真空槽の内部に荷電粒子を放出する第一、第二の蒸着源と、前記真空槽の内部の偏向領域に磁力線を形成する磁界形成装置とを有し、前記磁界形成装置は電源と、前記電源にそれぞれ接続され、前記偏向領域を挟んで互いに向き合った二つの単位電磁石を２組有し、前記各単位電磁石は前記電源から電圧が印加されると、前記偏向領域のうち、一方の組の前記単位電磁石の間に第一の磁力線が形成され、他方の組の前記単位電磁石の間に前記第一の磁力線と平行に第二の磁力線が平行に形成され、前記電源は、前記第一の磁力線の向きと、前記第二の磁力線の向きとが互いに逆向きになるように電圧を印加するよう構成され、前記第一、第二の蒸着源は、前記偏向領域に反対方向から荷電粒子をそれぞれ入射させ、同じ電荷の荷電粒子に同じ方向のローレンツ力を及ぼし、前記荷電粒子のうち、前記ローレンツ力によって電子は同じ方向に曲げられ、正電荷は、曲げられた前記電子からのクーロン力によって、前記電子と同じ方向に曲げるように構成された成膜装置である。
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の成膜装置であって、前記電源は、一方の組の前記単位電磁石に通電するときには、他方の組の前記単位電磁石に通電をしないよう構成された成膜装置である。
請求項１４記載の発明は、真空槽と、同一円周上で等間隔位置に配置され、前記円周の前記真空槽内部に位置する中心に向かって開口から荷電粒子を放出する四個の蒸着源と、前記円周の中心から外側に向かう放射方向の、前記開口よりも後方にそれぞれ位置する４個のヨークと、前記円周の中心を通り、前記円周が位置する平面と垂直に交差する回転軸線の延長線上に配置され、前記回転軸線を中心として回転可能な磁化手段とを有し、前記磁化手段は、前記円周の中心に反対方向から荷電粒子を放出する前記開口の後方に位置する前記ヨークに接触可能にされ、前記磁化手段の前記ヨークとそれぞれ接触する一端位置と他端位置には互いに異なる極性の磁極が形成された成膜装置である。
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の成膜装置であって、前記磁化手段を前記ヨークから着脱可能にした移動機構と、前記ヨークから離間した前記磁化手段を前記回転軸線を中心として回転させる回転機構とを有する成膜装置である。

真空槽内部に異なる方向から荷電粒子を放出する蒸着源を複数設けても、各蒸着源から放出される荷電粒子のうち電子は、磁場によるローレンツ力によって曲げられ、イオンは電子流によるクーロン力によって電子軌道側に追従することで同じ方向に曲げられ、同じ基板に到達するので、基板の表面上に複数の薄膜を積層させることができる。

電荷質量比の小さい巨大粒子や中性粒子は、磁力線によって飛行方向が曲げられず、直進するので、基板表面には電荷質量比が大きい荷電粒子だけが到達する。従って、基板表面には膜質の良い薄膜が積層される。第一、第二の磁石部材や反転装置は、従来のドロップレット除去手段の構造が簡易であり、設置スペースも少なくてすむ。第一、第二の磁石部材や反転装置は真空槽の外に設置可能なので、ドロップレットの衝突が起こらず、従来に比べてドロップレットの飛散も抑制される。

図１の符号１は包括的な実施例の成膜装置であり、後述する図３〜図６の符号５ａ〜５ｄは上記包括的な実施例のより具体的な実施例である実施例１〜４の成膜装置を示している。

先ず、包括的な実施例の成膜装置１について説明すると、成膜装置１は真空槽２と、第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂと、磁界形成装置５とを有しており、磁界形成装置５はそれぞれ同一方向に向かって伸びる第一の磁力線群Ｍａと、第一の磁力線群Ｍａと平行であって、かつ、逆方向に伸びる第二の磁力線群Ｍｂを真空槽２内部の所定領域（偏向領域Ｍ）に形成可能に構成されている。

第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂは第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂと交差する直線上であって、偏向領域Ｍを挟んで一方の側と他方の側にそれぞれ配置されている。

第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂは筒状のアノード電極３１ａ、３１ｂを有しており、アノード電極３１ａ、３１ｂは一端部がそれぞれ偏向領域Ｍに向けられ、その一端部の開口３６ａ、３６ｂが偏向領域Ｍを挟んで対向するようになっている。

アノード電極３１ａ、３１ｂの内部で発生した荷電粒子の電子とイオンは、偏向領域Ｍに向けられた開口３６ａ、３６ｂからそれぞれ放出されるようになっており、従って、偏向領域Ｍには荷電粒子が異なる方向から入射する。

後述するように、荷電粒子はアノード電極３１ａ、３１ｂの中心軸線と平行な方向に放出され、ここではアノード電極３１ａ、３１ｂは中心軸線は同一直線上に位置するよう配置されているから、第一の蒸着源３０ａの荷電粒子の放出方向と、第二の蒸着源３０ｂの荷電粒子の放出方向は互いに平行であって、かつ、逆向きになる。

図１の符号Ｆａ、Ｆｂは第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂから放出される荷電粒子の束の中心を通る軸線であって、荷電粒子が開口３６ａ、３６ｂから放出されるときの放出方向の延長線と平行な第一、第二の放出軸線を示している。

磁界形成装置５は、第一の蒸着源３０ａから荷電粒子を放出するときには第一の磁力線群Ｍａを形成し、第二の蒸着源３０ｂから荷電粒子を放出するときには第二の磁力線群Ｍｂを形成する。

上述したように、第一、第二の放出軸線Ｆａ、Ｆｂが互いに平行であって、かつ逆向きであり、第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂの向きも互いに平行であって、かつ、逆向きであるから、第一の蒸着源３０ａから放出される荷電粒子が第一の磁力線群Ｍａに入射するときの入射角度と、第二の蒸着源３０ｂから荷電粒子が第二の磁力線群Ｍｂに入射するときの入射角度は略等しくなる。

第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂから放出される荷電粒子には正の荷電粒子（例えばイオン）と負の荷電粒子（例えば電子）とがある。フレミング左手の法則で、正の荷電粒子の放出方向Ｆａ、Ｆｂを中指の指し示す方向とし、その荷電粒子が入射する磁力線群Ｍａ、Ｍｂの方向を人差し指の指し示す方向とした時に、正の荷電粒子に加えられるローレンツ力の向きは、第一の蒸着源３０ａから第一の磁力線群Ｍａに入射する時と、第二の蒸着源３０ｂから第二の磁力線群Ｍｂに入射する時と同じになる。

負の荷電粒子である電子は、正の荷電粒子に加えられるローレンツ力と反対方向の向きに曲がる力を受けるから、第一の蒸着源３０ａから放出される電子も、第二の蒸着源３０ｂから放出される電子も同じ方向に曲がる。

基板ホルダ７を電子が曲がる方向の先に配置した場合には、基板ホルダ７の近傍に電子雲が形成される。図２の符号４５は正の荷電粒子のうち電荷質量比（電荷／質量）が大きい微小荷電粒子を示しており、微小荷電粒子４５はクーロン力とローレンツ力との差の力による影響が大きい。

第一の蒸着源３０ａから荷電粒子を放出する時、第二の蒸着源３０ｂから荷電粒子３０ｂを放出する時のいずれの場合も、電子雲が成長してクーロン力がローレンツ力よりも大きくなるまで荷電粒子の放出を続ければ、微小荷電粒子４５の飛行方向が基板ホルダ７側に曲がる。

電荷質量比の小さい巨大粒子４６はクーロン力による影響も、ローレンツ力による影響も小さく、その飛行方向が曲げられず直進するから、基板ホルダ７をいずれの側に配置した場合も巨大粒子４６は基板ホルダ７に到達しない。
従って、基板ホルダ７に保持された基板１１には第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂから微小荷電粒子４５だけが到達し、膜質の良い薄膜が形成される。

第一、第二の蒸着源３０から異なる種類の蒸着材料の荷電粒子を放出させれば、同じ基板１１上に異なる種類の薄膜が積層される。例えば、Ｃｏ・ＦｅＮｉ／Ｔａ／Ｐｙ／Ｉｒ・Ｍｎ等の磁性、非磁性材料を、膜厚がｎｍ単位の薄膜で積層させ、磁性デバイス、特にＭＲＡＭ等を製造することができる。
また、第一、第二の蒸着源３０から同じ種類の蒸着材料の荷電粒子を放出させれば、同じ基板１１上に１種類の薄膜を成長させることができる。

次に、磁界形成装置５の具体的な構成を下記の具体的な実施例１〜４として説明すると、実施例１〜４の成膜装置１ａ〜１ｄは磁界形成装置５ａ〜５ｄが互いに異なるが、それ以外は上記包括的な実施例とそれぞれ同じ構造を有している。

先ず、実施例１の成膜装置１ａについて説明すると、この成膜装置１ａの磁界形成装置５ａは、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂと、反転装置５０とを有している（図３）。

反転装置５０は真空槽２の外部に立設された第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂを有しており、真空槽２内部の上記第一、第二の放出軸線Ｆａ、Ｆｂが通る空間を放出空間とすると、第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂは放出空間の一方の側と他方の側にそれぞれ位置している。

第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは板状の永久磁石であって、その一端が第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂにそれぞれ接続されている。従って、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは真空槽２の外部であって、放出空間の一方の側と他方の側にそれぞれ位置している。

第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂは不図示のモータに接続されており、モータの動力を第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂに伝達させると、第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂは、その中心軸線が真空槽２に対して静止した状態で、その中心軸線を回転軸線として回転するように構成されている。

図３の符号５９ａ、５９ｂは第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂの回転軸線をそれぞれ示しており、第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂが回転すると、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂも回転軸線５９ａ、５９ｂを中心として回転し、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂの表面と裏面の向きが変る。

例えば、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂの表面が放出空間に向けて互いに平行配置される場所（第一の位置Ａ）から、表面が放出空間から離れる方向に第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂを１８０°回転させると、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは裏面が放出空間に向けて互いに平行配置される第二の位置Ｂに移動する。

第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂは回転方向を逆転可能に構成されており、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂを逆方向に１８０°回転させると、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは第二の位置Ｂから第一の位置Ａに戻り、表面が放出空間に向けられる。

ここでは、反転装置５０は不図示のストッパを有しており、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは、正方向に回転する時には裏面が第二の位置Ｂでストッパに接触して静止し、逆方向に回転する時には表面が第一の位置Ａでストッパに接触して静止する。従って、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは真空槽２に接触することなく、第一、第二の位置Ａ、Ｂの間を移動する。

第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは表面と裏面に異なる極性の磁極が形成されており、第一の磁石部材５２ａの表面にＳ極が、裏面にＮ極が形成された時には、第二の磁石部材５２ｂの表面にＮ極が、裏面にＳ極が形成され、第一の磁石部材５２ａの表面にＮ極が、裏面にＳ極が形成された時には、第二の磁石部材５２ｂの表面にＳ極が、裏面にＮ極が形成されている。

従って、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂが第一の位置Ａにある時には、互いに異なる磁極が形成された表面同士が対向し、その表面の間が偏向領域Ｍとなって磁力線が形成され、第二の位置Ｂにある時には互いに異なる磁極が形成された裏面同士が対向し、その裏面の間が偏向領域Ｍとなって磁力線が形成される。

上述したように、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは真空槽２の外部に位置しているが、ここでは真空槽２が透磁性材料で構成されており、形成される磁力線群は真空槽２の壁を通過して真空槽２の内部を通る。

第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは第一、第二の位置Ａ、Ｂの間を移動すると、真空槽２側の面が表面から裏面に変更されるから、移動によって真空槽２側の面の磁極が反転する。従って、第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂはその向きが互いに逆向きになる。
第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂの形状や大きさと、第一、第二の位置Ａ，Ｂでの配置は、第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂが互いに平行になるよう設定されている。

例えば、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂは同じ形状同じ大きさであって、第一の位置Ａでは表面同士が正対して、その表面に垂直な第一の磁力線群Ｍａが形成され、第二の位置Ｂでは裏面同士が正対して、その裏面に垂直な第二の磁力線群Ｍｂが形成されるようになっている。

第一、第二の位置Ａ、Ｂ間の移動は、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂが１８０°回転して、その表面が第一の位置Ａにある時の平面と、その裏面が第二の位置Ｂにある時の平面が同一になるから、第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂは互いに平行になる。

上述したように、第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂは互いに平行であって、かつ、逆向きの方向に荷電粒子を放出するから、第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂからの荷電粒子が第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂに入射する時の入射角度は等しくなる。

以上は、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂの一端部を第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂに接続させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂを第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂに挿通させることも可能である。

第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂを第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂに挿通させる場合には、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂを第一、第二の位置Ａ、Ｂの間で回転させる時に、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂの一端部が真空槽２に近づくよう回転するため、第一、第二の回転軸５１ａ、５１ｂと真空槽２との間の距離を広くする必要がある。

上述した実施例１の成膜装置１ａと、後述する実施例２の成膜装置１ｂでは、第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂや反転装置５０を真空槽２の内部に配置してもよいが、それらの部材を真空槽２外部に配置した方が装置の構造が簡易になり、メンテナンスも容易になる。

第一、第二の磁石部材５２ａ、５２ｂを第一、第二の位置Ａ、Ｂ間で移動させる時の回転角度も１８０°に限定されず、互いに平行でかつ逆向きの第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂが形成されるのであれば、その回転角度は１８０°未満であってもよいし、１８０°を超えてもよい。

次に、図４に示した実施例２の成膜装置１ｂについて説明する。この成膜装置１ｂの磁界形成装置５ｂは、電磁石で構成された第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂと、電源装置で構成された反転装置６０とを有しており、第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂはそれぞれ反転装置６０に接続され、反転装置６０から第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂのコイルに電流が供給されると、第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂが磁化される。

第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂは真空槽２の外部であって、荷電粒子が放出される放出空間の一方の側と他方の側にそれぞれ配置されている。第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂの磁極が形成される側の面は放出空間に向けられ、反転装置６０が供給する電流の向きは、第一の磁石部材６２ａの放出空間側の面と、第二の磁石部材６２ｂの放出空間側の面に、互いに異なる極性の磁極が形成されるようになっている。

従って、この成膜装置１ｂでは第一の磁石部材６２ａの放出空間側の面と、第二の磁石部材６２ｂの放出空間側の面の間が偏向領域Ｍとなり、真空槽２が透磁性材料で構成された場合には、偏向領域Ｍの磁力線は真空槽２内部を通る。

ここでは、第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂはコイルの中心軸線が同一軸線上に位置するようにされ、第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂの内部に形成される磁力線の中心軸線も同一軸線上に位置するから、偏向領域Ｍに形成される磁力線群はその同一軸線に沿った直線状になる。

反転装置６０は第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂに供給する電流の向きを逆転可能になっており、第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂに逆向きの電流を流すと、放出空間側の面の磁極の極性が逆になる。

第一の磁石部材６２ａの放出空間側の面の磁極と、第二の磁石部材６２ｂの放出空間の面の磁極の両方の極性を逆転させると、磁力線群が消滅し、同じ場所に逆向きの磁力線群が形成される。

この磁界形成装置５ｂは、第一、第二の磁石部材６２ａ、６２ｂを相対的に静止した状態で磁極の極性だけを反転させるので、同じ場所に互いに平行であって、かつ、逆向きの第一、第二の磁力線群が形成されることになる。

次に、図５に示した実施例３の成膜装置１ｃについて説明する。この成膜装置１ｃの磁界形成装置５ｃは、真空槽２外部に配置された電源８０と、真空槽２外部に配置され、電源８０にそれぞれ接続された四個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄとを有している。
四個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄは二個で一組として、各組の二個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄが放出空間の一方の側と他方の側にそれぞれ位置していいる。

単位電磁石８１ａ〜８１ｄは不図示のコイルを有しており、電源８０から単位電磁石８１ａ〜８１ｄのコイルに通電すると、単位電磁石８１ａ〜８１ｄが磁化され、各単位電磁石８１ａ〜８１ｄにＳ極とＮ極の二個の磁極が形成される。単位電磁石８１ａ〜８１ｄは一方の磁極が放出空間に向けられ、他方の磁極が放出空間とは反対側に向けられている。

電源８０は、各組の二個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄのうち、一方の単位電磁石８１ａ、８１ｃの放出空間側の面と、他方の単位電磁石８１ｂ、８１ｄの放出空間側の面に、互いに反対の極性の磁極が形成されるよう電流を供給し、真空槽２が透磁性材料で構成された場合には、各組の２枚の単位電磁石８１ａ〜８１ｄのうち、一方の単位電磁石８１ａ、８１ｃと、他方の単位電磁石８１ｂ、８１ｄの間に放出空間を通る第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂが形成される。

各組の２枚の単位電磁石８１ａ〜８１ｄのうち、一方の単位電磁石８１ａ、８１ｃは放出空間の一方の側、他方の単位電磁石８１ｂ、８１ｄは放出空間の他方の側に配置されているから、放出空間の一方の側と、他方の側には、それぞれ二個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄが配置されたことになる。

電源８０は、放出空間の同じ側にある二個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄには、放出空間側の面に異なる極性の磁極が形成される電流を供給するよう設定されており、従って第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂはその向きが逆になる。

各組の二個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄは、コイルの中心軸線、即ち、単位電磁石８１ａ〜８１ｄ内部に形成される磁力線の中心軸線が同一軸線上に位置するよう配置されており、従って、第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂはその軸線に沿った直線状となる。

一方の組の二個の単位電磁石８１ａ、８１ｂと、他方の組の二個の単位電磁石８１ｃ、８１ｄは、その内部に形成される磁力線の中心軸線が互いに平行になるよう配置されており、従って第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂの向きは平行になる。

上述したように、放出空間の同じ側にある二個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄには、放出空間側の面に異なる極性の磁極が形成されるから、その二個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄに同時に通電すると、その二個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄの間に放出空間を通らない磁力線群が形成されてしまう。

ここでは、電源８０はスイッチ８９を有しており、スイッチ８９の切替によって、一方の組の二個の単位電磁石８１ａ、８１ｂにそれぞれ電流を供給する時には、他方の組の二個の単位電磁石８１ｃ、８１ｄのいずれにも電流が供給されないようにされている。

従って、上記第一の磁力線群Ｍａか第二の磁力線群Ｍｂのいずれか一方だけが形成され、放出空間の同じ側にある二個の単位電磁石８１ａ〜８１ｄの間には磁力線群が形成されない。

以上は、単位電磁石８１ａ〜８１ｄをそれぞれ真空槽２の外部に配置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、単位電磁石８１ａ〜８１ｄのいずれか１つ、又は全部を真空槽２内部に配置してもよいが、各単位電磁石８１ａ〜８１ｄを真空槽２の外部に配置した方が、装置の構造とメンテナンスが簡易になる。

次に、図６に示した実施例４の成膜装置１ｄについて説明する。この成膜装置１ｄは、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂと、反転装置とを有しており、反転装置は磁化手段７２ｃを有する。

磁化手段７２ｃは細長の板状のヨーク７３と、ヨーク７３の長手方向の中央部分に取り付けられた磁石７４とを有しており、ヨーク７３は磁石７４によって磁化され、長手方向の一端部と他端部に互いに反対の極性の磁極が形成されている。

反転装置は磁化手段７２ｃのほかに不図示の回転機構を有しており、回転機構は、磁化手段７２ｃを、ヨーク７３の表面と垂直であって、その表面の中心を通る回転軸線７９を中心として水平面内で回転可能に構成されている。上述したように、Ｎ極とＳ極の２つの磁極はヨーク７３の一端と他端に形成されているから、回転軸線７９は２つの磁極の間を通り、磁化手段７２ｃが１８０°回転させて、長手方向の一端部と他端部を入れ替えると、２つの磁極の位置が入れ替わる。

第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂは板状であって、表面を回転軸線７９の延長線と平行に向けた状態で、表面が回転軸線７９の延長線を挟んで対向するように配置されている。

反転装置は、磁化手段７２ｃを回転軸線７９の延長線に沿って移動させる不図示の移動機構を有している。第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂの間の距離は、磁化手段７２ｃのヨーク７３の長さよりも短くされており、磁化手段７２ｃを回転軸線７９に沿って、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂに近づく方向に移動させると、一端が第一の磁石部材７２ａに、他端が第二の磁石部材７２ｂにそれぞれ接触する。

上述したように、ヨーク７３の一端と他端は磁石７４によって異なる極性の磁極が形成されているから、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂは互いに異なる極性の磁極に接触したことになる。

第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂは継鉄のような磁化材料で構成されており、磁極と非接触な状態では磁化されていないが、磁極と接触すると磁化され、接触した磁極と同じ極性になる。

従って、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂは互いに異なる極性に磁化され、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂの互いに対向する表面の間が偏向空間となって、その偏向空間に第一の磁力線群Ｍａが形成される。

次に、磁化手段７２ｃを回転軸線７９に沿って第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂから遠ざかる方向に移動させると、磁化手段７２ｃが第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂから分離し、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂの磁極が消滅して第一の磁力線群Ｍａが消える。

磁化手段７２ｃを第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂから分離した状態で、上述したように磁化手段７２ｃを回転させて磁極の位置を入れ替えた後、磁化手段７２ｃを第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂに近づく方向に移動させると、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂには、第一の磁力線群Ｍａを形成した時と逆の極性の磁極がそれぞれ接触し、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂの間に第一の磁力線群Ｍａとは逆向きの第二の磁力線群Ｍｂが形成される。

第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂは相対的に静止しており、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂにそれぞれ形成される磁極の極性だけが反転するので、第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂは同じ場所に形成され、その向きは互いに平行で、かつ逆向きになる。

第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂは第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂが形成される偏向領域の一方の側と他方の側で、荷電粒子の放出軸線が第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂと略垂直に交わるよう配置されており、従って第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂに、第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂからの荷電粒子が入射する時の角度は略等しくなる。

上記実施例４の成膜装置１ｄでは、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂと、磁化手段７２ｃはそれぞれ真空槽２の内部に設けてもよいし、真空槽２の外部に設けてもよいが、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂと、磁化手段７２ｃを真空槽２の外部に設けた方が、装置の構造とメンテナンスが簡易になる。第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂと磁化手段７２ｃを真空槽２の外部に設ける場合には、真空槽２を透磁性材料で構成すれば、第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂが真空槽２内部を通る。

第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂと、磁化手段７２ｃの移動は、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂが相対的に静止した状態で、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂに対して磁化手段７２ｃが相対的に移動するのであれば、磁化手段７２ｃを静止させた状態で、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂを移動させてもよいし、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂと磁化手段７２ｃを全て移動させてもよい。

次に、上記包括的な実施例とは異なる実施例である実施例５の成膜装置について説明する。
図７の符号７６は実施例５の成膜装置を有している。この成膜装置７６は不図示の真空槽と、四個の蒸着源３０ａ〜３０ｄと、磁界形成装置７７とを有している。

各蒸着源３０ａ〜３０ｄは上記包括的実施例の第一、第二の蒸着源３０ａ、３０ｂと同じ構造を有しており、各蒸着源３０ａ〜３０ｄの４つアノード電極３１ａ〜３１ｄは、一端部がそれぞれ真空槽内部に気密に挿通されている。従って、アノード電極３１ａ〜３１ｄの一端部の開口３６ａ〜３６ｄは真空槽２の内部に位置する。

蒸着源３０ａ〜３０ｄは、２つが一組となって、各組の２つの蒸着源３０ａ〜３０ｄは、そのアノード電極３１ａ、３１ｂは中心軸線が同一直線上に位置し、開口３６ａ〜３６ｄが互いに対向するようにされている。従って、各組の２つの蒸着源３０ａ〜３０ｄからは真空槽２の内部に向かって互いに正反対の方向から荷電粒子を放出する。

一方の組の２つの蒸着源３０ａ、３０ｂと、他方の組の２つの蒸着源３０ｃ、３０ｄは、アノード電極３１ａ〜３１ｄの中心軸線が位置する直線（第一、第二の直線９１、９２）が同一平面内で互いに略垂直に交わるように位置している。
従って、一方の組の２つの蒸着源３０ａ、３０ｂを結ぶ線分と、他方の組の２つの蒸着源３０ｃ、３０ｄを結ぶ線分は略垂直に交わる。

上述したように、アノード電極３１ａ〜３１ｄの中心軸線と荷電粒子の放出方向は一致するから、一方の組の２つの蒸着源３０ａ、３０ｂから放出される荷電粒子の飛行方向は、他方の組の２つの蒸着源３０ｃ、３０ｄから放出される荷電粒子の放出方向と略垂直に交わる。

アノード電極３１ａ〜３１ｄは、開口３６ａ〜３６ｄの中心から第一、第二の直線９１、９２の交点までの距離が互いに等しくなるよう真空槽に挿通されており、従って蒸着源３０ａ〜３０ｄは第一、第二の直線９１、９２の交点を中心Ｃとする円周上に等間隔に並べられ、各開口３６ａ〜３６ｄからはその中心Ｃに向かって荷電粒子がそれぞれ放出される。

磁界形成装置７７は４個のヨーク７５ａ〜７５ｄ（第一〜第四の磁石部材）と、上記実施例４の成膜装置１ｄと同じ磁化手段７２ｃとを有している。
各ヨーク７５ａ〜７５ｄは板状であって、真空槽２の外部位置で一枚のヨーク７５ａ〜７５ｄに一つのアノード電極３１ａ〜３１ｄが裏面から表面に挿通されるように取り付けられている（図８（ａ））。

従って、ヨーク７５ａ〜７５ｄは２枚一組となって、一方の組の蒸着源３０ａ、３０ｂを結ぶ線分の延長線上と、他方の組の蒸着源３０ｃ、３０ｄを結ぶ線分の延長線上にそれぞれ配置されている。

ヨーク７５ａ〜７５ｄは真空槽２外部であって、開口３６ａ〜３６ｄは真空槽２内部に配置されているから、ヨーク７５ａ〜７５ｄは上記円周の中心Ｃから外側に向かう放射方向の、開口３６ａ〜３６ｄよりも後方にあり、ヨーク７５ａ〜７５ｄは各開口３６ａ〜３６ｄから放出される荷電粒子を遮らず、荷電粒子は中心Ｃに向かって飛行する。
磁化手段７２ｃは、上述した回転軸線７９の延長線が、蒸着源３０ａ〜３０ｄが並べられた円周に対して略垂直な方向にその中心Ｃを貫くよう配置されている。

磁化手段７２ｃは実施例４の成膜装置１ｄと同様の移動機構と回転機構にそれぞれ接続されており、回転軸線７９を中心として回転させると、磁化手段７２ｃの２つの磁極が回転軸線７９を中心とする円周上を移動し、磁化手段７２ｃを回転軸線７９に沿って一方向に移動させると蒸着源３０ａ〜３０ｄが並べられた円周に近づき、磁化手段７２ｃを回転軸線７９に沿って逆方向に移動させると蒸着源３０ａ〜３０ｄが並べられた円周から遠ざかる。

各組の２枚のヨーク７５ａ〜７５ｄの間の距離は、上記第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｄの間の距離と同様に、磁化手段７２ｃの異なる極性の磁極にそれぞれ接触可能になっており、各組の２枚のヨーク７５ａ〜７５ｄが磁化手段７２ｃの異なる極性の磁極にそれぞれ接触すると、そのヨーク７５ａ〜７５ｄが異なる極性に磁化され、真空槽２が透磁性材料で構成されている場合には、真空槽２内部に磁力線群が形成される。

上述したように、アノード電極３１ａ〜３１ｄはヨーク７５ａ〜７５ｄに挿通され、その開口３６ａ〜３６ｄがヨーク７５ａ〜７５ｄの表面から突き出されているから、磁力線群の形状は、開口３６ａ〜３６ｄと、該開口３６ａ〜３６ｄと対向する開口３６ａ〜３６ｄの間の空間を取り囲む筒状となる。

磁化手段７２ｃの大きさは、一方の組の２枚のヨーク７５ａ、７５ｂに接触する時には、他方の組の２枚のヨーク７５ｃ、７５ｄには接触しないようなっているので、いずれか一方の組の２枚のヨーク７５ａ〜７５ｄの間だけに磁力線が形成される。

磁化手段７２ｃを回転軸線７９に沿って逆方向に移動させ、各組の２枚のヨーク７５ａ〜７５ｄが磁化手段７２ｃから分離させた状態で、上述したように磁化手段７２ｃの磁極の位置を入れ替えると、磁極の位置を入れ替える前とは逆向きの磁力線が形成される。

図８（ｂ）は一方の組の２つのヨーク７５ａ、７５ｂに磁化手段７２ｃの２つの磁極を接触させた状態を示している。
一方の組の２枚のヨーク７５ａ、７５ｂと、他方の組の２枚のヨーク７５ｃ、７５ｄは、上述したように互いに直交する線分の上にそれぞれ位置しているから、第一、第二の磁石部材７２ａ、７２ｂから磁化手段７２ｃを分離させて、磁化手段７２ｃを９０°回転させてから、磁化手段７２ｃを回転軸線７９に沿って一方向に移動させると、磁化手段７２ｃの異なる極性の磁極が、他方の組の２つのヨーク７５ｃ、７５ｄに接触し、その２つのヨーク７５ｃ、７５ｄにそれぞれ異なる磁極が形成される。

従って、この磁界形成装置７７は各組の２つのヨーク７５ａ〜７５ｄの間に、逆方向の磁力線群をそれぞれ形成するから、結局４種類の磁力線群を形成可能になっている。

ここでは、各組の２枚のヨーク７５ａ〜７５ｄは表面が互いに平行にされた状態で対向し、その２枚のヨーク７５ａ〜７５ｄの間には表面に対して垂直な磁力線群が形成される。

ヨーク７５ａ〜７５ｄは、そのヨーク７５ａ〜７５ｄに挿通されたアノード電極３１ａ〜３１ｄの中心軸線に対して、表面が垂直になるよう配置されており、従って各組の２つのヨーク７５ａ〜７５ｄの間に形成される磁力線群は、そのヨーク７５ａ〜７５ｄに挿通されたアノード電極３１ａ〜３１ｄの中心軸線と平行になる。

上述したように、荷電粒子の開口３６ａ〜３６ｄからの放出方向はアノード電極３１ａ〜３１ｄの中心軸線と一致するから、一方の組の２つの蒸着源３０ａ〜３０ｄから放出される荷電粒子は、他方の組の２つの蒸着源３０ａ〜３０ｄが取り付けられたヨーク７５ａ〜７５ｄが形成する磁力線群に対して略垂直に入射する。

四個の蒸着源３０ａ〜３０ｄのうち、蒸着源を１個ずつ選択して荷電粒子を放出させる場合、荷電粒子が略垂直に入射する磁力線群であって、かつ、各蒸着源３０ａ〜３０ｄの同じ電荷の荷電粒子がローレンツ力で同じ方向に曲げられる磁力線群を選択して発生させると、図２に示した成膜装置１と同様に、正の微小荷電粒子４５は常に同じ方向に飛行方向が曲げられる。

曲げられたその飛行方向の先に基板ホルダ７を配置すれば、基板１１表面上には四個の蒸着源３０ａ〜３０ｄから放出される微小荷電粒子が順次到達し、四個の蒸着源３０ａ〜３０ｄがそれぞれ異なる蒸着材料の荷電粒子を放出する時には、基板１１表面上に４種類の膜が積層され、四個の蒸着源３０ａ〜３０ｂがそれぞれ同じ蒸着材料の荷電粒子を放出するときには、基板１１表面上に１種類の膜が形成される。

尚、ヨーク７５ａ〜７５ｄや磁化手段７２ｃは真空槽２の内部に配置してもよいが、真空槽２の外部に配置した方が成膜装置１の構造とメンテナンスが容易になる。

また、ヨーク７５ａ〜７５ｄの数と、蒸着源３０ａ〜３０ｄも特に限定されず、同じ電荷の荷電粒子を同じ方向に曲げられるのであれば、４枚のヨーク７５ａ〜７５ｄと四個の蒸着源３０ａ〜３０ｄに加え、２枚一組のヨークと、２個一組の蒸着源をそれぞれ１組以上設けてもよい。

以上は、アノード電極３１ａ〜３１ｄをヨーク７５ａ〜７５ｄに挿通させる場合について説明したが、ヨーク７５ａ〜７５ｄが開口３６ａ〜３６ｄから放出される荷電粒子を遮らない位置であって、かつ、そのヨーク７５ａ〜７５ｄが取り付けられた蒸着源３０ａ〜３０ｄとは異なる組の２つの蒸着源３０ａ〜３０ｄから、荷電粒子が入射可能な磁力線を形成するものであれば、その配置は特に限定されるものではない。

具体的には、ヨーク７５ａ〜７５ｄを蒸着源３０ａ〜３０ｄの側方に１つずつ配置してもよいし、蒸着源３０ａ〜３０ｄの側方に複数のヨークを配置して、一つの蒸着源３０ａ〜３０ｄの近傍に配置された複数のヨークで１つの磁石部材を構成してもよい。

上記実施例４、５に用いられる磁化手段７２ｃは、上述したヨーク７３と永久磁石７４の組み合わせに限定されず、例えば、電磁石からなる磁化手段を用い、その電磁石に流す電流の向きを変えることで磁極の位置を入れ替えてもよい。

尚、本発明の成膜装置１に用いられる基板ホルダ７の一例について詳細に説明すると、真空槽２の天井には軸状の回転力伝達手段２０が気密に挿通されており、回転力伝達手段２０は外軸２３と、外軸２３に挿通された内軸２２とを有している。基板ホルダ７は円盤状であって、真空槽２の内部で水平にされた状態で外軸２３に接続されている（図９）。

基板ホルダ７には、その円盤の放射方向の中央位置から所定距離離間した場所に複数の取り付け部８がそれぞれ設けられており、各取り付け部８は成膜対象物１１である基板を略水平に保持するよう構成されている。図９は各取り付け部８に基板１１がそれぞれ保持された状態を示している。

外軸２３と内軸２２はそれぞれ真空槽２外部の動力手段２６、２７に接続されている。基板ホルダ７には外軸２３によって動力手段２７の動力が伝達され、基板ホルダ７は円盤の中心を回転中心Ｃ１として水平面内で回転する。

取り付け部８には内軸２２によって動力手段２６の動力が伝達されるように構成されており、その動力が取り付け部８に伝達されると、基板１１は基板ホルダ７の回転中心Ｃ１を中心とした円周に沿って移動しながら、基板１１の中心Ｃ２と基板ホルダ７の回転中心Ｃ１とが相対的に静止した状態で、その中心Ｃ２を回転中心として水平面内で回転するように構成されている。

基板ホルダ７と、上記磁界形成装置５ａ〜５ｆとの位置関係は、飛行方向が曲げられた微小荷電粒子４５が、基板１１が移動する円周の一部（成膜領域６）に到達するように構成されており、飛行方向が曲げられた微小荷電粒子４５は成膜領域６を通過する基板１１の表面に入射して薄膜が成長する。

基板１１はその中心Ｃ２として回転しながら成膜領域６を通過するので、基板１１表面の各部分に到達する微小荷電粒子４５の量が均一化され、基板１１表面には膜厚均一な薄膜が形成される。

次に、本発明に用いられる蒸着源３０ａ〜３０ｄの一例について説明すると、各蒸着源３０ａ〜３０ｄは荷電粒子の放出方向が異なる以外は同じ構造を有しており、１つの蒸着源（第一の蒸着源）３０ａを例に取って説明すると、蒸着源３０ａは筒状のアノード電極３１を有している。

アノード電極３１は一端部が真空槽２に気密に挿通されている。図９の符号３６はアノード電極３１の筒の開口のうち、真空槽２内部に配置された開口を示しており、後述するようにアノード電極３１の内部で粒子が発生すると、粒子は開口３６から真空槽２内部に放出される。

蒸着源３０ａはアノード電極３１の他に放電部３５を有している。放電部３５は棒状であって、先端を開口３６に向けた状態でアノード電極３１の内部に配置されている。放電部３５は蒸着材料３４とトリガ電極３２とを有しており、蒸着材料３４は放電部３５の先端に配置され、トリガ電極３２は蒸着材料３４よりもアノード電極３１底壁側に配置されている。

ここでは、蒸着材料３４はアノード電極３１の内径よりも小径の柱状であって、その中心軸線がアノード電極３１の中心軸線と一致しており、従って蒸着材料３４の側面と、アノード電極３１の内壁面との間には隙間がある。

真空槽２の外部には電源装置４１が配置されている。ここでは電源装置４１はトリガ電源４２と、アーク電源４３と、コンデンサユニット４４とを有しており、アーク電源４３を動作させるとコンデンサユニット４４が充電される。
トリガ電源４２はトリガ電極３２と蒸着材料３４の間に電圧を印加するよう構成されている。

トリガ電極３２と蒸着材料３４の間には絶縁碍子３３が配置されており、真空槽２に接続された真空排気系９を動作させて真空槽２内部に真空雰囲気を形成し、アノード電極３１と真空槽２とを接地電位に置いた状態で、トリガ電極３２と蒸着材料３４の間に電圧を印加すると、絶縁碍子３３の側面に沿面放電が発生し、蒸着材料３４と絶縁碍子３３の境界から電子が放出される（トリガ放電）。

コンデンサユニット４４は蒸着材料３４に接続されており、トリガ放電が起こるとアノード電極３１と蒸着材料３４との間の隙間の絶縁耐性が低下してコンデンサユニット４４が放電し（アーク放電）、アノード電極３１から蒸着材料３４に多量の電流（１４００Ａ〜２０００Ａ、アーク電流）が流れる。
蒸着材料３４にアーク電流が流れると、蒸着材料３４から上述した微小荷電粒子４５と電子が放出される。

蒸着材料３４は、その形状が柱状の時にはその中心軸線がアノード電極３１の中心軸線と一致し、その形状がリング状の時にはリング中心をアノード電極３１の中心軸線が通るように配置されており、アノード電極３１の中心軸線の周りには均等に蒸着材料３４が配置されているので、微小荷電粒子４５と電子はアノード電極３１の中心軸線を中心とする範囲に発生する。

蒸着材料３４から放出された電子は、蒸着材料３４から放出された直後はアノード電極３１の内壁面に向かうが、自身の飛行により形成される磁界によってその飛行方向が開口３６側に曲げられ、正の微小荷電粒子４５は電子に引き寄せられてその飛行方向が電子と同じ方向に曲げられ、開口３６から、開口３６を構成する平面と垂直な方向に放出される。

アノード電極３１の中心軸線は開口３６を構成する平面と垂直に交わるから、その中心軸線は電子と微小荷電粒子４５の放出方向と平行になる。
荷電粒子はアノード電極３１の中心軸線を中心とする範囲に発生するから、開口３６から放出される微小荷電粒子４５と電子の束は、その中心がアノード電極３１の中心軸線と一致する。従って、上述した第一、第二の放出軸線Ｆａ、Ｆｂはアノード電極３１の中心軸線と一致する。

尚、蒸着材料３４にアーク電流が流れる時には蒸着材料３４が高温に昇温し、その一部が溶融すると、その溶融した部分から直径約５０μｍ〜１００μｍの液滴が飛散し、その液滴がアノード電極３１の内壁面に衝突すると直径約１〜５μｍの微小液滴となる。

微小液滴や液滴のような巨大粒子４６は電荷質量比が小さいので、開口３６から放出されたとしても、上述したように基板ホルダ７が位置する方向には飛行せず、薄膜に混入されない。

尚、本発明で巨大粒子４６とは直径１μｍ以上のものを示し、微小荷電粒子４５とは１０００個以上２０００個以下の原子が集合したクラスタ粒子や、クラスタ粒子よりも質量が小さい原子状粒子であって、直径が１μｍ未満のものを示す。

蒸着源３０を構成する部材の形状や材質は特に限定されないが、その一例を述べると、直径１０ｍｍの円柱状の蒸着材料３４と、円板状の絶縁碍子３３と、円筒状のトリガ電極３２とが不図示のネジで密着して取り付けられた放電部３５が、内径（開口３６の直径）が３０ｍｍのアノード電極３１内に配置された物があり、絶縁碍子３３の材質は例えばアルミナであり、トリガ電極３２とアノード電極３１の材質は例えばステンレスである。

蒸着源３０の配置も特に限定されないが、その一例を述べるとアノード電極３１の中心軸線から基板１１表面までの高さが１００ｍｍ、基板１１の中心Ｃ２から開口３６が位置する平面までの距離が５０ｍｍである。

また、上記図９に示した電源装置４１を詳細に説明すると、コンデンサユニット４４は１つの容量が２２００μＦ（耐圧：１６０Ｖ）のコンデンサが四個並列に接続されたものを用い、トリガ電源４２はパルストランスからなり、入力２００Ｖのμｓのパルス電圧を約１７倍に変圧して３．４ｋＶ（数μＡ）極性：プラスを出力するものを用いることができる。

アーク電源４３は、例えば１００Ｖ数Ａの容量の直流電源であり、トリガ放電を起こす前に１００Ｖで電荷をコンデンサユニット４４を充電しておく。コンデンサユニット４４を充電するのに約１秒間必要とするので、この電源装置４１では８８００μＦで放電を繰り返す場合の周期は１Ｈｚで行われる。

トリガ電源４２のプラス出力端子をトリガ電極３２に接続し、マイナス端子はアーク電源４３のマイナス側出力端子と同じ電位に接続し、蒸着材料３４に接続させる。アーク電源４３のプラス端子はグランド電位に接地させ、アノード電極３１に接続させる。コンデンサユニット４４の両端子はアーク電源４３のプラスおよびマイナス端子間に接続させる。

真空排気系９も特に限定されないが、例えばターボ分子ポンプ、バルブ、ロータリポンプとを有し、ターボ分子ポンプからロータリポンプまでは金属製の真空配管で接続され、真空槽２内部を真空排気可能なものが用いられる。また、成膜を行う時の真空槽２内部の圧力は、例えば１０^-5Ｐａ以下である。

真空槽２にガス供給系を接続し、ガス供給系から微小荷電粒子４５と反応する反応ガスを供給しながら成膜を行えば、微小荷電粒子４５と反応ガスとの反応物からなる薄膜を形成することができる。

上述した複数の蒸着源３０ａ〜３０ｄのうち、いずれか１つの蒸着源だけから荷電粒子を放出させる方法としては、例えば、選択した蒸着源だけに通電してアーク放電を起こす方法がある。また、全ての蒸着源でアーク放電を起こし、荷電粒子を発生させても、不要な蒸着源の開口を遮蔽板で覆えば、不要な蒸着源からの荷電粒子は遮蔽板に付着して磁力線群に入射せず、選択した蒸着源から放出される荷電粒子だけが磁力線群に入射する。
尚、本発明に用いるヨークは継鉄のような磁化材料であって、磁極と離れたときには磁化されておらず、磁極が近接した時には磁化されるものである。

第一の磁力線群Ｍａに入射する荷電粒子と、第二の磁力線群Ｍｂに入射する荷電粒子が、同じ方向にその飛行方向が曲げられるのであれば、第一、第二の磁力線群Ｍａ、Ｍｂの向きは平行でなくてもよい。

本願の成膜装置及び製造方法は、半導体のゲート電極やゲート絶縁膜、半導体のトレンチに形成するバリア層、磁性デバイスの磁性材料の成膜、更に機械部品のコーティング、カーボンなのチューブの触媒層形成等種々の分野に使用することができる。

包括的な実施例の成膜装置を説明する断面図 微小荷電粒子と磁力線群との関係を説明する拡大断面図 実施例１の成膜装置を説明する断面図 実施例２の成膜装置を説明する断面図 実施例３の成膜装置を説明する断面図 実施例４の成膜装置を説明する断面図 実施例５の成膜装置を説明する断面図 （ａ）実施例５の成膜装置の平面図、（ｂ）実施例５の成膜装置の側面図 基板ホルダと蒸着源の位置関係を説明する断面図 従来技術の成膜装置を説明する断面図 従来技術の成膜装置で荷電粒子が放出された状態を説明する断面図

符号の説明

１……成膜装置 ２……真空槽 ５ａ〜５ｆ……磁界形成装置 １１……基板 ３０ａ〜３０ｄ……蒸着源 ３２……トリガ電極 ３４……蒸着材料 ３６……開口 ４５……荷電粒子 ５２ａ、５２ｂ、６２ａ、６２ｂ、７２ａ、７２ｂ……第一、第二の磁石部材 ７２ｃ……磁化手段 ７５ａ〜７５ｄ……ヨーク

Claims (15)

1. 真空槽と、
   前記真空槽の内部に荷電粒子を放出する第一、第二の蒸着源と、
   前記真空槽内部に磁力線を形成する磁界形成装置とを有し、
   前記磁界形成装置は、互いに異なる磁極が向き合い、前記磁極が向き合った偏向領域に前記磁力線を形成する第一、第二の磁石部材と、
   前記第一、第二の磁石部材の互いに向き合う磁極の極性を逆にし、前記磁力線の向きを逆向きにする反転装置とを有し、
   前記第一、第二の蒸着源は、前記偏向領域に反対方向から荷電粒子をそれぞれ入射させ、同じ電荷の荷電粒子に同じ方向のローレンツ力を及ぼすように構成された成膜装置。
2. 前記第一、第二の磁石部材は永久磁石で構成され、
   前記反転装置は、前記第一、第二の磁石部材のＮ極とＳ極の位置を入れ替えるように前記第一、第二の磁石部材を回転させる請求項１記載の成膜装置。
3. 前記反転装置は、第一、第二の回転軸を有し、
   前記第一、第二の磁石部材は、前記第一、第二の回転軸の中心軸線を中心として回転するようにされた請求項２記載の成膜装置。
4. 前記第一、第二の磁石部材は板状であって、一端部が前記第一、第二の回転軸に取り付けられた請求項３記載の成膜装置。
5. 前記反転装置は、前記第一、第二の磁石部材を互いに異なる磁極が向き合う第一、第二の位置でそれぞれ静止させ、
   前記第一、第二の磁石部材は、前記第一の位置でそれぞれ静止した時と、前記第二の位置でそれぞれ静止した時に、互いに平行に向き合うようにされた請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の成膜装置。
6. 前記第一、第二の蒸着源は前記第一、第二の磁石部材が前記第一の位置で静止した時に形成される磁力線と、前記第一、第二の磁石部材が前記第二の位置で静止した時に形成される磁力線の両方に対して垂直な方向に前記荷電粒子を放出する請求項５記載の成膜装置。
7. 前記第一、第二の磁石部材は電磁石で構成され、
   前記反転装置は前記第一、第二の磁石部材に通電する電流の向きを変え、前記第一、第二の磁石部材の形成する前記磁力線の向きを変えるように構成された請求項１記載の成膜装置。
8. 前記第一、第二の磁石部材はヨークで構成され、
   前記反転装置は互いに異なる極性の磁極が形成された磁化手段を有し、
   前記磁化手段の前記磁極が前記第一、第二の磁石部材にそれぞれ接触すると、前記第一、第二の磁石部材の互いに向き合った位置に、異なる磁極が形成されるように構成された請求項１記載の成膜装置であって、
   前記反転装置は、前記磁化手段の、前記第一、第二の磁石部材に接触する磁極の極性を反転させるように構成された成膜装置。
9. 前記反転装置は前記磁化手段を回転させ、前記第一、第二の磁石部材に接触する磁極を交換するように構成された請求項８記載の成膜装置。
10. 前記磁化手段の回転は、前記磁化手段に形成された前記磁極の間の中心を通る回転軸線を中心として回転させるように構成された請求項９記載の成膜装置。
11. 前記第一、第二の蒸着源は同一の放出空間に向けて互いに逆方向から前記荷電粒子を放出し、
    前記第一、第二の磁石部材は、前記第一、第二の蒸着源から放出される前記荷電粒子の飛行範囲の両側に配置された請求項８乃至請求項１０のいずれか１項記載の成膜装置であって、
    前記放出空間に向け、互いに逆方向であって、前記第一、第二の蒸着源の前記荷電粒子の放出方向とは、略垂直方向に前記荷電粒子を放出する第三、第四の蒸着源と、
    前記第三、第四の蒸着源が放出する荷電粒子の飛行方向の両側に配置された前記第三、第四の磁石部材とを有し、
    前記第一〜第四の蒸着源は、前記第一、第二の蒸着源を結ぶ線分が、前記第三、第四の蒸着源を結ぶ線分と略垂直に交わるよう配置された成膜装置。
12. 真空槽と、
    前記真空槽の内部に荷電粒子を放出する第一、第二の蒸着源と、
    前記真空槽の内部の偏向領域に磁力線を形成する磁界形成装置とを有し、
    前記磁界形成装置は電源と、
    前記電源にそれぞれ接続され、前記偏向領域を挟んで互いに向き合った二つの単位電磁石を２組有し、
    前記各単位電磁石は前記電源から電圧が印加されると、前記偏向領域のうち、一方の組の前記単位電磁石の間に第一の磁力線が形成され、他方の組の前記単位電磁石の間に前記第一の磁力線と平行に第二の磁力線が平行に形成され、
    前記電源は、前記第一の磁力線の向きと、前記第二の磁力線の向きとが互いに逆向きになるように電圧を印加するよう構成され、
    前記第一、第二の蒸着源は、前記偏向領域に反対方向から荷電粒子をそれぞれ入射させ、同じ電荷の荷電粒子に同じ方向のローレンツ力を及ぼし、
    前記荷電粒子のうち、前記ローレンツ力によって電子は同じ方向に曲げられ、正電荷は、曲げられた前記電子からのクーロン力によって、前記電子と同じ方向に曲げるように構成された成膜装置。
    
13. 前記電源は、一方の組の前記単位電磁石に通電するときには、他方の組の前記単位電磁石に通電をしないよう構成された請求項１２記載の成膜装置。
14. 真空槽と、
    同一円周上で等間隔位置に配置され、前記円周の前記真空槽内部に位置する中心に向かって開口から荷電粒子を放出する四個の蒸着源と、
    前記円周の中心から外側に向かう放射方向の、前記開口よりも後方にそれぞれ位置する４個のヨークと、
    前記円周の中心を通り、前記円周が位置する平面と垂直に交差する回転軸線の延長線上に配置され、前記回転軸線を中心として回転可能な磁化手段とを有し、
    前記磁化手段は、前記円周の中心に反対方向から荷電粒子を放出する前記開口の後方に位置する前記ヨークに接触可能にされ、
    前記磁化手段の前記ヨークとそれぞれ接触する一端位置と他端位置には互いに異なる極性の磁極が形成された成膜装置。
15. 前記磁化手段を前記ヨークから着脱可能にした移動機構と、
    前記ヨークから離間した前記磁化手段を前記回転軸線を中心として回転させる回転機構とを有する請求項１４記載の成膜装置。
    

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