JPH06128742A - 物体上に膜を形成する成膜方法および装置 - Google Patents
物体上に膜を形成する成膜方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 物体上に膜を形成する成膜方法および装置に
関し、直流及び交流を用いたグロー放電の作用により噴
霧効率を向上されることを目的とする。 【構成】 少なくとも一つの膜で少なくとも一つの物体
を被う成膜方法において、オーミック導電性の試料が直
流および重畳する交流を用いて作動されるグロー放電内
で噴霧され、噴霧された試料が試料および加工材の間の
空間で気体と反応し、加工材に堆積し、成膜処理が金属
モードと反応モードの間の不安定な推移モードで実行さ
れ、前記膜は試料の素材よりも低い導電性を有するよう
に構成する。
関し、直流及び交流を用いたグロー放電の作用により噴
霧効率を向上されることを目的とする。 【構成】 少なくとも一つの膜で少なくとも一つの物体
を被う成膜方法において、オーミック導電性の試料が直
流および重畳する交流を用いて作動されるグロー放電内
で噴霧され、噴霧された試料が試料および加工材の間の
空間で気体と反応し、加工材に堆積し、成膜処理が金属
モードと反応モードの間の不安定な推移モードで実行さ
れ、前記膜は試料の素材よりも低い導電性を有するよう
に構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はとくに、少なくとも一つ
の物体上に一つの膜を成膜する方法において、オーミッ
ク導電性の試料がグロー放電状態内で噴霧され、噴霧さ
れた試料が試料と物体の間の空間で気体と反応し、物体
上に反応された部分が堆積し、その際、成膜処理が金属
モードと反応モードの間の不安定な推移モードであり、
膜は試料素材よりも導電性が低く、極端な場合とくに絶
縁性の膜である成膜方法および装置に関わる。
の物体上に一つの膜を成膜する方法において、オーミッ
ク導電性の試料がグロー放電状態内で噴霧され、噴霧さ
れた試料が試料と物体の間の空間で気体と反応し、物体
上に反応された部分が堆積し、その際、成膜処理が金属
モードと反応モードの間の不安定な推移モードであり、
膜は試料素材よりも導電性が低く、極端な場合とくに絶
縁性の膜である成膜方法および装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】文献
Ｆ．Ｖｒａｔｎｙ、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．のＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ、１９６
７年５月、項目「積層ＲＦおよびＤＣスパッタリングに
よるタンタルおよびタンタル酸化物の堆積」（１）か
ら、絶縁性の加工材膜が高周波噴霧によってグロー放電
状態内で絶縁性の試料材を形成することは知られてい
る。
Ｆ．Ｖｒａｔｎｙ、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．のＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ、１９６
７年５月、項目「積層ＲＦおよびＤＣスパッタリングに
よるタンタルおよびタンタル酸化物の堆積」（１）か
ら、絶縁性の加工材膜が高周波噴霧によってグロー放電
状態内で絶縁性の試料材を形成することは知られてい
る。
【０００３】また同項目から、同一目的で直流およびこ
れに重畳する高周波を用いて金属試料を噴霧し、噴霧さ
れた試料を気体と反応させて、成膜される物体上に絶縁
性の膜を形成することも周知である。この項目では、本
明細書の不可欠な構成要素について説明がなされてお
り、噴霧に高周波部分を使用することによって、例えば
金属試料上に絶縁膜として堆積する反応生成物が原因と
なって、絶縁破壊およびショートサーキットが生じるた
め、時間的な不規則性あるいは成膜量によって成膜処理
が妨げられ、又は噴霧過程が完全に停止されるのを防止
できることについて述べている。
れに重畳する高周波を用いて金属試料を噴霧し、噴霧さ
れた試料を気体と反応させて、成膜される物体上に絶縁
性の膜を形成することも周知である。この項目では、本
明細書の不可欠な構成要素について説明がなされてお
り、噴霧に高周波部分を使用することによって、例えば
金属試料上に絶縁膜として堆積する反応生成物が原因と
なって、絶縁破壊およびショートサーキットが生じるた
め、時間的な不規則性あるいは成膜量によって成膜処理
が妨げられ、又は噴霧過程が完全に停止されるのを防止
できることについて述べている。
【０００４】上述した項目（１）によれば、直流および
重畳される高周波信号を用いた噴霧における加工材の成
膜効率は、純粋に直流のみを用いた場合より高い。高周
波として、１３．５６ＭＨｚの周波数が用いられてい
る。これに関し、絶縁性試料のいわゆる高周波マグネト
ロン噴霧による絶縁性膜を用いた加工材の成膜は、Ｋａ
ｒｅｌ Ｕｒｂａｎｅｋ、Ｓｏｌｉｄ ＳｔａｔｅＴｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９７７年４月、項目「ＳｉＯ2 の
マグネトロンスパッタリング、化学的蒸着堆積にかわる
方法」（２）に示されている。また、ここでも１３．５
６ＭＨｚの周波数を用いて処理が行われている。
重畳される高周波信号を用いた噴霧における加工材の成
膜効率は、純粋に直流のみを用いた場合より高い。高周
波として、１３．５６ＭＨｚの周波数が用いられてい
る。これに関し、絶縁性試料のいわゆる高周波マグネト
ロン噴霧による絶縁性膜を用いた加工材の成膜は、Ｋａ
ｒｅｌ Ｕｒｂａｎｅｋ、Ｓｏｌｉｄ ＳｔａｔｅＴｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９７７年４月、項目「ＳｉＯ2 の
マグネトロンスパッタリング、化学的蒸着堆積にかわる
方法」（２）に示されている。また、ここでも１３．５
６ＭＨｚの周波数を用いて処理が行われている。
【０００５】金属性の試料板が直流噴霧され、噴霧され
た部分と気体の反応によって、絶縁性の成膜形成のため
に露出されるときに生じる問題については、上記の項目
（１）においてＶｒａｔｎｅｙがすでに述べているが、
ＤＥ−ＯＳ−２５ １３ ２１６に詳しく記載されてい
る。本明細書の不可欠な構成要素について述べているこ
の公報では、オーミック導電性のない素材からなる試料
の噴霧が行われるときに、高周波交流が噴霧に用いられ
ることが記述されている。
た部分と気体の反応によって、絶縁性の成膜形成のため
に露出されるときに生じる問題については、上記の項目
（１）においてＶｒａｔｎｅｙがすでに述べているが、
ＤＥ−ＯＳ−２５ １３ ２１６に詳しく記載されてい
る。本明細書の不可欠な構成要素について述べているこ
の公報では、オーミック導電性のない素材からなる試料
の噴霧が行われるときに、高周波交流が噴霧に用いられ
ることが記述されている。
【０００６】さらに、金属ないし導電性の試料について
も噴霧効率を向上するために、高周波噴霧と直流電圧噴
霧を重複させる可能性が生まれる。その際、いわゆるマ
グネトロン噴霧によって、噴霧効率を相応に向上させる
ことができると説明されている。ここでもまた、すでに
項目（１）で述べたように、噴霧のための交流信号の重
畳によって、絶縁膜にあたる−汚染された−試料領域に
おけるアーク放電の発生が大幅に防止されている。処理
は４００Ｈｚから６０ｋＨｚの間の周波数によって行わ
れている。
も噴霧効率を向上するために、高周波噴霧と直流電圧噴
霧を重複させる可能性が生まれる。その際、いわゆるマ
グネトロン噴霧によって、噴霧効率を相応に向上させる
ことができると説明されている。ここでもまた、すでに
項目（１）で述べたように、噴霧のための交流信号の重
畳によって、絶縁膜にあたる−汚染された−試料領域に
おけるアーク放電の発生が大幅に防止されている。処理
は４００Ｈｚから６０ｋＨｚの間の周波数によって行わ
れている。
【０００７】Ｓ．Ｓｃｈｉｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．、Ｖ
ｏｒｔｒａｇ Ｚｕｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｅｔａｌ Ｃｏａｔｉ
ｎｇ、Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ／Ｃａｌ．、１９８７年５
月、Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄＣｏａｔｉｎｇ てｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ ３３（１９８７）の項目「製造方法として
の反応式ＤＣ高効率噴霧」（４）では、加工材に成膜す
るための反応を用いた直流噴霧に関して詳しく説明され
ている。その中ではとくに、そうした反応を用いた直流
噴霧と成膜処理のヒステレシス関係が説明されている。
ｏｒｔｒａｇ Ｚｕｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｅｔａｌ Ｃｏａｔｉ
ｎｇ、Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ／Ｃａｌ．、１９８７年５
月、Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄＣｏａｔｉｎｇ てｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ ３３（１９８７）の項目「製造方法として
の反応式ＤＣ高効率噴霧」（４）では、加工材に成膜す
るための反応を用いた直流噴霧に関して詳しく説明され
ている。その中ではとくに、そうした反応を用いた直流
噴霧と成膜処理のヒステレシス関係が説明されている。
【０００８】金属試料は直流（ＤＣ）噴霧され、反応す
る気体の主流は試料と成膜する加工材の間のグロー放電
空間内で一定となるよう高められているため、上記
（１）から周知のとおり、噴霧効率が同時に少しだけ低
下すると気体分圧が簡単に上昇する。この初期状態で
は、反応気体の消費はほとんど十分であるが、その後減
少するため、気体の分圧は主流よりも、すなわち、時間
単位あたりで工程室に導かれる反応気体量よりも、少し
しか上昇しない。
る気体の主流は試料と成膜する加工材の間のグロー放電
空間内で一定となるよう高められているため、上記
（１）から周知のとおり、噴霧効率が同時に少しだけ低
下すると気体分圧が簡単に上昇する。この初期状態で
は、反応気体の消費はほとんど十分であるが、その後減
少するため、気体の分圧は主流よりも、すなわち、時間
単位あたりで工程室に導かれる反応気体量よりも、少し
しか上昇しない。
【０００９】この範囲内いわゆる金属モードにおいて
は、反応するＤＣ直流噴霧／成膜処理は安定している。
上述した主流の限界値においては、反応する気体の分圧
が実質的に高い値まで急激に上昇する。同時に、反応気
体の消費量は急激に低い値となり、噴霧効率はきわめて
低い値まで急激に降下する。この急降下する帯域が推移
モードと呼ばれる。さらに工程室内の反応気体の主流を
上昇させると、分圧は再び安定した特性曲線−反応モー
ド−に沿ったものとなり、また反応気体消費量およびこ
のときに実質的に低下する噴霧効率も同様である。ＤＣ
噴霧におけるこの関係についてさらに詳しく述べる。
は、反応するＤＣ直流噴霧／成膜処理は安定している。
上述した主流の限界値においては、反応する気体の分圧
が実質的に高い値まで急激に上昇する。同時に、反応気
体の消費量は急激に低い値となり、噴霧効率はきわめて
低い値まで急激に降下する。この急降下する帯域が推移
モードと呼ばれる。さらに工程室内の反応気体の主流を
上昇させると、分圧は再び安定した特性曲線−反応モー
ド−に沿ったものとなり、また反応気体消費量およびこ
のときに実質的に低下する噴霧効率も同様である。ＤＣ
噴霧におけるこの関係についてさらに詳しく述べる。
【００１０】上述した臨界値よりも反応気体主流が低い
場合、試料によってほとんどの金属部分が噴霧され反応
気体と反応するが、上述の臨界値を越えた場合、決定的
な試料の汚染が生じる、すなわち導電性ないし金属の試
料が、少なくとも部分的に低導電性ないし絶縁性を有す
るような状態で成膜され、わずかな金属部分しか噴霧さ
れず、反応気体の消費も少なくなり、したがってその反
応気体の分圧が決定的に上昇する。噴霧効率は急激に降
下する。反応気体の主流を減少する場合、反応モードを
始点として処理は急激にに金属モードに戻るが、明確な
ヒステレシス関係を伴う。
場合、試料によってほとんどの金属部分が噴霧され反応
気体と反応するが、上述の臨界値を越えた場合、決定的
な試料の汚染が生じる、すなわち導電性ないし金属の試
料が、少なくとも部分的に低導電性ないし絶縁性を有す
るような状態で成膜され、わずかな金属部分しか噴霧さ
れず、反応気体の消費も少なくなり、したがってその反
応気体の分圧が決定的に上昇する。噴霧効率は急激に降
下する。反応気体の主流を減少する場合、反応モードを
始点として処理は急激にに金属モードに戻るが、明確な
ヒステレシス関係を伴う。
【００１１】この項目（４）によれば、本明細書の不可
欠な部分と同様に、すでにＶｒａｔｎｙの（１）から知
られているとおり、反応気体分圧の増加にともなって噴
霧効率が減少し、異なる別の結合Ｍｅx Ｒy の反応比μ
＝ｙ／ｘは反応気体分圧の増加にともなって減少するこ
とがさらに知られている。高い効率で絶縁性の膜を析出
しようとする場合、加工材の近傍でＤＣグロー放電にお
いて高いプラズマ濃度を用いる一方、通常では推移モー
ドにおいて処理を行う必要があることが項目（４）にお
いて推論されている。
欠な部分と同様に、すでにＶｒａｔｎｙの（１）から知
られているとおり、反応気体分圧の増加にともなって噴
霧効率が減少し、異なる別の結合Ｍｅx Ｒy の反応比μ
＝ｙ／ｘは反応気体分圧の増加にともなって減少するこ
とがさらに知られている。高い効率で絶縁性の膜を析出
しようとする場合、加工材の近傍でＤＣグロー放電にお
いて高いプラズマ濃度を用いる一方、通常では推移モー
ドにおいて処理を行う必要があることが項目（４）にお
いて推論されている。
【００１２】項目（４）では、外部の高速制御系を用い
て、不安定帯域すなわち上述の推移モードで直流処理が
どのように安定化できるのかについて措置が論及されて
おり、とくに制御系にはＩＳＴ値エンコーダー兼デコー
ダーとしてプラズマ放電モニター（ＰＥＭ）が設けら
れ、調整を担う構成要素として、反応気体主流を調整す
る高速作動弁上に組み込まれている。
て、不安定帯域すなわち上述の推移モードで直流処理が
どのように安定化できるのかについて措置が論及されて
おり、とくに制御系にはＩＳＴ値エンコーダー兼デコー
ダーとしてプラズマ放電モニター（ＰＥＭ）が設けら
れ、調整を担う構成要素として、反応気体主流を調整す
る高速作動弁上に組み込まれている。
【００１３】項目（４）と同じ著者Ｓ．Ｓｃｈｉｌｌｅ
ｒ自身による、真空ウェブ成膜についての第３回国際会
議、サンアントニオ・テキサス、１９８９年１１月から
の項目「真空ウェブ成膜におけるシリコン酸化堆積の可
能性」他（５）においては、金属試料の反応する直流噴
霧において、所望の高酸化率を実現する場合、成膜効率
が小さくなること、産業利用としてはまったく考慮され
ないことについて詳しく論及されている。絶縁性試料−
ＳｉＯ2 試料−の高周波噴霧に関しては、極端に高い高
周波出力が必要となり、また対応する製造装置の費用も
高くなるため、高周波ダイオード噴霧は考慮対象になら
ないことがわかる。
ｒ自身による、真空ウェブ成膜についての第３回国際会
議、サンアントニオ・テキサス、１９８９年１１月から
の項目「真空ウェブ成膜におけるシリコン酸化堆積の可
能性」他（５）においては、金属試料の反応する直流噴
霧において、所望の高酸化率を実現する場合、成膜効率
が小さくなること、産業利用としてはまったく考慮され
ないことについて詳しく論及されている。絶縁性試料−
ＳｉＯ2 試料−の高周波噴霧に関しては、極端に高い高
周波出力が必要となり、また対応する製造装置の費用も
高くなるため、高周波ダイオード噴霧は考慮対象になら
ないことがわかる。
【００１４】絶縁膜−ＳｉＯx −を用いて加工材に成膜
するための開発は、絶縁性試料の電子線気化方法に向け
られるべきであることが項目（５）から推論される。文
献ＵＳ−Ａ−４ ８５１ ０９５から周知の方法では、
実際に、項目（４）がさらに示唆しているような「反応
式ＤＣ高効率噴霧」が推論されており、すなわち最初の
作用帯域において比較的に低い反応気体分圧を用いてＤ
Ｃ噴霧により加工材に成膜を行い、第２の作用帯域にお
いては、上述の比較的に低い分圧に基づくと不十分で低
い成膜反応度μが、高い反応気体分圧において後から反
応が行われ、噴霧処理に設定された任意の値でこの反応
度が反転して反応モードとなる。この際、加工材は費用
のかかる高速回転運動によって上述の作用帯域を通じて
動かされる。
するための開発は、絶縁性試料の電子線気化方法に向け
られるべきであることが項目（５）から推論される。文
献ＵＳ−Ａ−４ ８５１ ０９５から周知の方法では、
実際に、項目（４）がさらに示唆しているような「反応
式ＤＣ高効率噴霧」が推論されており、すなわち最初の
作用帯域において比較的に低い反応気体分圧を用いてＤ
Ｃ噴霧により加工材に成膜を行い、第２の作用帯域にお
いては、上述の比較的に低い分圧に基づくと不十分で低
い成膜反応度μが、高い反応気体分圧において後から反
応が行われ、噴霧処理に設定された任意の値でこの反応
度が反転して反応モードとなる。この際、加工材は費用
のかかる高速回転運動によって上述の作用帯域を通じて
動かされる。
【００１５】費用のかかる機械構造とともに、この措置
では、とりわけ成長する膜に関して強く時間的な化学量
論交換が必要となる欠点がある。すでに（１）からわか
っているが、文献ＥＰ−Ａ−０ ３４７ ５６７によれ
ば直流および高周波電流を用いて噴霧を行い、金属モー
ドにおける処理作用点の基本安定性、すなわち推移モー
ドからの「間隔」を長くすることは周知である。その
際、放電における電気的陰極電圧／陰極電流の特性曲線
に注意する。
では、とりわけ成長する膜に関して強く時間的な化学量
論交換が必要となる欠点がある。すでに（１）からわか
っているが、文献ＥＰ−Ａ−０ ３４７ ５６７によれ
ば直流および高周波電流を用いて噴霧を行い、金属モー
ドにおける処理作用点の基本安定性、すなわち推移モー
ドからの「間隔」を長くすることは周知である。その
際、放電における電気的陰極電圧／陰極電流の特性曲線
に注意する。
【００１６】本発明の目的は、冒頭で述べた種類の方法
を提供することであり、その方法は以下の点で従来技術
と異なる。ａ）少なくとも実質的に化学量が均質となる
成膜を行い、ｂ）これを高い成膜効率で行い、ｃ）取り
付けるべき噴霧出力に関しては、できる限り優れた作用
効率で、また反応気体の利用および装置費用で行うこと
である。
を提供することであり、その方法は以下の点で従来技術
と異なる。ａ）少なくとも実質的に化学量が均質となる
成膜を行い、ｂ）これを高い成膜効率で行い、ｃ）取り
付けるべき噴霧出力に関しては、できる限り優れた作用
効率で、また反応気体の利用および装置費用で行うこと
である。
【００１７】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明による措
置では、以下の組み合わせにより、直流およびこれに重
畳される交流によってグロー放電を実行すること、と不
安定な推移モードで成膜処理を実行することにより、予
期できないほどの非あるいは低導電性の膜を高い反応度
μで物体上に形成でき、使用された噴霧エネルギーあた
りの無反応で形成される金属膜の膜体積に対する、使用
された噴霧エネルギーあたりの形成される膜体積によっ
て決定される優れたエネルギー活用度をもって、さらに
高い成膜効率で膜が形成されており、したがって上述の
措置は効率の良い商業的生産に適することを特徴として
いる。
置では、以下の組み合わせにより、直流およびこれに重
畳される交流によってグロー放電を実行すること、と不
安定な推移モードで成膜処理を実行することにより、予
期できないほどの非あるいは低導電性の膜を高い反応度
μで物体上に形成でき、使用された噴霧エネルギーあた
りの無反応で形成される金属膜の膜体積に対する、使用
された噴霧エネルギーあたりの形成される膜体積によっ
て決定される優れたエネルギー活用度をもって、さらに
高い成膜効率で膜が形成されており、したがって上述の
措置は効率の良い商業的生産に適することを特徴として
いる。
【００１８】高い反応度μにおける推移モードにおいて
高い成膜効率を達成できるのは、おそらく、後述するよ
うに少なくとも本発明の措置では、推移モードが推論さ
れる周知の経過から外れ、少なくとも部分的に推移モー
ドにおいては反応気体の主流の増加にともなって噴霧効
率が増加し、その際、反応気体の分圧が少なくとも部分
的に実質上一定に維持されることに基づいている。
高い成膜効率を達成できるのは、おそらく、後述するよ
うに少なくとも本発明の措置では、推移モードが推論さ
れる周知の経過から外れ、少なくとも部分的に推移モー
ドにおいては反応気体の主流の増加にともなって噴霧効
率が増加し、その際、反応気体の分圧が少なくとも部分
的に実質上一定に維持されることに基づいている。
【００１９】以下に、もっとも望ましい方法について述
べる。この方法によれば、本発明による推移モードでの
膜形成においては、反応を用いない金属膜の達成の場合
よりも高いエネルギー活用が目標とされている。ＥＰ−
Ａ−０ ４１６ ２４１から、物体の成膜方法が知られ
ており、この方法ではオーミック導電性の試料がグロー
放電内で噴霧され、噴霧された部分を試料と加工材の間
の空間で気体と反応させ、加工材上に堆積する。上述し
た方法を実施するための構成が推定上では全般的に安定
状態で進められ、そして高い成膜効率および膜品質を得
るため、特別に形成された構成について記載されてい
る。
べる。この方法によれば、本発明による推移モードでの
膜形成においては、反応を用いない金属膜の達成の場合
よりも高いエネルギー活用が目標とされている。ＥＰ−
Ａ−０ ４１６ ２４１から、物体の成膜方法が知られ
ており、この方法ではオーミック導電性の試料がグロー
放電内で噴霧され、噴霧された部分を試料と加工材の間
の空間で気体と反応させ、加工材上に堆積する。上述し
た方法を実施するための構成が推定上では全般的に安定
状態で進められ、そして高い成膜効率および膜品質を得
るため、特別に形成された構成について記載されてい
る。
【００２０】前述の周知の方法について、グロー放電は
同様に直流、交流または両方で作動されるものとして記
載されている。その際、交流信号として高周波信号が用
いられる。これに対し、本発明によればグロー放電の供
給電源として直流および交流を組み合わせたものを用
い、そして推移モードにおける作動を用いて、周知のと
おりＤＣ噴霧の際に生じるような問題を解決しており、
そしてこれには純粋に交流（Ｈｆ）グロー放電作動の場
合よりもずっと少ない交流信号作動のみが必要とされる
ことが明かである。
同様に直流、交流または両方で作動されるものとして記
載されている。その際、交流信号として高周波信号が用
いられる。これに対し、本発明によればグロー放電の供
給電源として直流および交流を組み合わせたものを用
い、そして推移モードにおける作動を用いて、周知のと
おりＤＣ噴霧の際に生じるような問題を解決しており、
そしてこれには純粋に交流（Ｈｆ）グロー放電作動の場
合よりもずっと少ない交流信号作動のみが必要とされる
ことが明かである。
【００２１】本発明による直流および交流を用いたグロ
ー放電の作用によって噴霧効率は向上され、また設定さ
れた電気出力ないし反応気体の主流に依存する作用度は
最適化されている。また同時にこれによって、とくに金
属モードの近傍において、実質的に成膜反応度μが高い
値に達しており、もっとも作用度が高い場合でも、直流
出力の１０から８０％、望ましくは１０から５０％の交
流出力を追加して供給するだけで高い反応度が達成され
る。
ー放電の作用によって噴霧効率は向上され、また設定さ
れた電気出力ないし反応気体の主流に依存する作用度は
最適化されている。また同時にこれによって、とくに金
属モードの近傍において、実質的に成膜反応度μが高い
値に達しており、もっとも作用度が高い場合でも、直流
出力の１０から８０％、望ましくは１０から５０％の交
流出力を追加して供給するだけで高い反応度が達成され
る。
【００２２】上述のように、顕著な結果として、高い成
膜効率と優れた作用度により推移モード作動中に化学量
論的に均質な膜を得ることができ、新規な技術および方
法で、少なくとも本発明による作動においては上述した
推移モードで、少なくとも一つの帯域および、とくに広
い帯域にわたって、反応気体の主流の増加にともなって
噴霧効率が増加し、これらの帯域において反応気体の分
圧が反応気体主流の関数として実質的に一定のまま維持
される。
膜効率と優れた作用度により推移モード作動中に化学量
論的に均質な膜を得ることができ、新規な技術および方
法で、少なくとも本発明による作動においては上述した
推移モードで、少なくとも一つの帯域および、とくに広
い帯域にわたって、反応気体の主流の増加にともなって
噴霧効率が増加し、これらの帯域において反応気体の分
圧が反応気体主流の関数として実質的に一定のまま維持
される。
【００２３】とくに、中間周波数帯域において好ましく
は５０Ｈｚから２５０ｋＨｚ（両数を含む）の間で、と
くに望ましくは１０ｋＨｚから２００ｋＨｚ（両数を含
む）の間で、出力の強い支配的なスペクトル部分を生じ
るよう交流部分が発生され、その際、また周波数を５０
Ｈｚから５００Ｈｚの範囲内に設定し、あるいは１０Ｈ
ｚまでにすることも可能である。前記周波数は、技術面
で大きな費用を必要とせずに供給できるものであり、と
くに高周波に比べると費用はかなり少ない。
は５０Ｈｚから２５０ｋＨｚ（両数を含む）の間で、と
くに望ましくは１０ｋＨｚから２００ｋＨｚ（両数を含
む）の間で、出力の強い支配的なスペクトル部分を生じ
るよう交流部分が発生され、その際、また周波数を５０
Ｈｚから５００Ｈｚの範囲内に設定し、あるいは１０Ｈ
ｚまでにすることも可能である。前記周波数は、技術面
で大きな費用を必要とせずに供給できるものであり、と
くに高周波に比べると費用はかなり少ない。
【００２４】支配的なスペクトル部分が上述の周波数帯
域に存在するということは、すなわち、あらゆる交流信
号のひずみにおいて、とくに場合によっては重複した低
い周波数を有する部分をともなう矩形パルスにおけるよ
うに、高いスペクトル部分や低いスペクトル部分が交流
信号によって準備できることを意味している。さらに本
発明によれば、交流および直流噴霧の使用によって、直
流に関する項目「反応式ＤＣ高率噴霧」から周知である
とおり、ヒステリシスが高反応気体主流帯域にまで上昇
され、金属モードも推移モードも反応気体分圧帯域に存
在し、その際、直流噴霧とは反対に、高い反応度と同時
に少なくとも同一の噴霧効率および成膜効率が達成され
る。
域に存在するということは、すなわち、あらゆる交流信
号のひずみにおいて、とくに場合によっては重複した低
い周波数を有する部分をともなう矩形パルスにおけるよ
うに、高いスペクトル部分や低いスペクトル部分が交流
信号によって準備できることを意味している。さらに本
発明によれば、交流および直流噴霧の使用によって、直
流に関する項目「反応式ＤＣ高率噴霧」から周知である
とおり、ヒステリシスが高反応気体主流帯域にまで上昇
され、金属モードも推移モードも反応気体分圧帯域に存
在し、その際、直流噴霧とは反対に、高い反応度と同時
に少なくとも同一の噴霧効率および成膜効率が達成され
る。
【００２５】また金属モードから反応モードへの推移
は、状態ないし経過に依存するが、使用する交流信号、
その出力ないし周波数によって設定できることがわか
る。なお、処理期間は不安定な推移モードにおいて、望
ましくは金属モード付近で、望ましくは制御によって安
定化され、また、加えて直流噴霧の場合に得られるより
噴霧効率が高くても、急激に高い反応度を高い噴霧効率
および成膜効率で達成することができるようになってい
る。
は、状態ないし経過に依存するが、使用する交流信号、
その出力ないし周波数によって設定できることがわか
る。なお、処理期間は不安定な推移モードにおいて、望
ましくは金属モード付近で、望ましくは制御によって安
定化され、また、加えて直流噴霧の場合に得られるより
噴霧効率が高くても、急激に高い反応度を高い噴霧効率
および成膜効率で達成することができるようになってい
る。
【００２６】処理作用点を不安定な特性曲線上のいずれ
の点においても、場合によっては反応モードの近くにお
いても、実質的にその経過から独立して安定させるに
は、特許請求の範囲第７項に記載されている制御を行う
ことが考慮される。これによって、作用点が金属モード
あるいは反応モード内にずれ込むことが防止される。そ
のため、周知のようにＳＯＬＬ値基準値と比較ユニット
に戻されたＩＳＴ値との伝達が重要であり、比較ユニッ
トへの戻りは誇張されていないが、上述の特許請求の範
囲に詳しく述べられているように、開いた制御回路の増
幅が確保されており、また上述した処理作用点は、作用
点に関連する短時間の妨害値によって、またそうした妨
害値の影響が即座に制御されなくても、ずれ込まずに続
いている。したがって、本発明によれば処理作用点を安
定したものとして確実に固定できる。
の点においても、場合によっては反応モードの近くにお
いても、実質的にその経過から独立して安定させるに
は、特許請求の範囲第７項に記載されている制御を行う
ことが考慮される。これによって、作用点が金属モード
あるいは反応モード内にずれ込むことが防止される。そ
のため、周知のようにＳＯＬＬ値基準値と比較ユニット
に戻されたＩＳＴ値との伝達が重要であり、比較ユニッ
トへの戻りは誇張されていないが、上述の特許請求の範
囲に詳しく述べられているように、開いた制御回路の増
幅が確保されており、また上述した処理作用点は、作用
点に関連する短時間の妨害値によって、またそうした妨
害値の影響が即座に制御されなくても、ずれ込まずに続
いている。したがって、本発明によれば処理作用点を安
定したものとして確実に固定できる。
【００２７】純粋な交流噴霧については、Ｓ．Ｂｅｒｇ
ｅｔ ａｌ．の項目（８、９）「化合物の反応式スパ
ッタリングのモデリング」Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ａ５（２）、１９８７と「反応式スパッタリ
ングの処理モデリング」Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ
ｎｏｌ．Ａ７（３）、１９８９年６月とにおける反応を
用いた噴霧処理のモデリングが挙げられ、これらの論文
では、複雑な処理関係を説明するにあたり本明細書にと
って不可欠な要素が説明されている。
ｅｔ ａｌ．の項目（８、９）「化合物の反応式スパ
ッタリングのモデリング」Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ａ５（２）、１９８７と「反応式スパッタリ
ングの処理モデリング」Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ
ｎｏｌ．Ａ７（３）、１９８９年６月とにおける反応を
用いた噴霧処理のモデリングが挙げられ、これらの論文
では、複雑な処理関係を説明するにあたり本明細書にと
って不可欠な要素が説明されている。
【００２８】さらに「日本国特許概要」第１２巻、Ｎ
ｏ．３５３（Ｃ−５３０）（３２００）１９８８年９月
２１日およびＪＰ、Ａ、６３ １１１ １７３（ＡＮＥ
ＬＶＡＣＯＲＰ）１９８８年５月１６日（概要を参照）
が挙げられる。また、さらに望ましくは、作用度を上げ
るために試料を磁力噴霧すること、すなわち周知の技術
と方法を用い磁界によって試料のプラズマ濃度を上げる
ことが提案される。
ｏ．３５３（Ｃ−５３０）（３２００）１９８８年９月
２１日およびＪＰ、Ａ、６３ １１１ １７３（ＡＮＥ
ＬＶＡＣＯＲＰ）１９８８年５月１６日（概要を参照）
が挙げられる。また、さらに望ましくは、作用度を上げ
るために試料を磁力噴霧すること、すなわち周知の技術
と方法を用い磁界によって試料のプラズマ濃度を上げる
ことが提案される。
【００２９】本発明の措置によれば、上述のように、推
移モードでの作動により化学量論に基づく膜を形成する
ことが可能であり、これをきわめて高い成膜効率で実行
できる。しかし反応度μが高くμ＜＜１の場合にも成膜
効率を上げるには、場合によって特許請求の範囲８の記
載に基づく実施が提案される。プラズマを用いて導電性
の低い試料を反応式ＡＣ＋ＤＣ噴霧する場合、その導電
性を向上するために他の元素が組み込まれているような
場合、とくにＳｉが試料である場合、燐との元素の組み
込み傾向はわずかしかないこと、汚染された試料に関
し、火花連絡およびしみ現象が生じ、他の元素の組み込
まれた試料より高い出力で処理を行っても、反応モード
で平衡を失って傾いたりしないことが認識される。
移モードでの作動により化学量論に基づく膜を形成する
ことが可能であり、これをきわめて高い成膜効率で実行
できる。しかし反応度μが高くμ＜＜１の場合にも成膜
効率を上げるには、場合によって特許請求の範囲８の記
載に基づく実施が提案される。プラズマを用いて導電性
の低い試料を反応式ＡＣ＋ＤＣ噴霧する場合、その導電
性を向上するために他の元素が組み込まれているような
場合、とくにＳｉが試料である場合、燐との元素の組み
込み傾向はわずかしかないこと、汚染された試料に関
し、火花連絡およびしみ現象が生じ、他の元素の組み込
まれた試料より高い出力で処理を行っても、反応モード
で平衡を失って傾いたりしないことが認識される。
【００３０】試料、とくに本発明で使用するＳｉ試料
は、０．０１から１００Ωｃｍの導電性を示すものであ
れば望ましく、０．０１から１Ωｃｍであればさらに望
ましい。物体ないし加工材を素早く動かすことは考慮さ
れない。ただし、処理ないしさらに詳しくは後述する後
から行う反応における加工材のゆっくりとした運動、た
とえば回転速度＜１Ｈｚを満たし、たとえば０．５Ｈｚ
より高い運動は、好ましいものとして考慮される。
は、０．０１から１００Ωｃｍの導電性を示すものであ
れば望ましく、０．０１から１Ωｃｍであればさらに望
ましい。物体ないし加工材を素早く動かすことは考慮さ
れない。ただし、処理ないしさらに詳しくは後述する後
から行う反応における加工材のゆっくりとした運動、た
とえば回転速度＜１Ｈｚを満たし、たとえば０．５Ｈｚ
より高い運動は、好ましいものとして考慮される。
【００３１】本発明の措置によれば、品質的に高い要求
を満足し、導電性が低く絶縁性を示す膜を形成するため
の技術を利用することが可能であり、従って、以前は利
用範囲が広い点また経済的な利点から蒸着法のみによっ
て、また噴霧技術と比べ自動化された産業生産にずっと
適さないような方法によって可能であった光学的利用に
ついても可能となっている。
を満足し、導電性が低く絶縁性を示す膜を形成するため
の技術を利用することが可能であり、従って、以前は利
用範囲が広い点また経済的な利点から蒸着法のみによっ
て、また噴霧技術と比べ自動化された産業生産にずっと
適さないような方法によって可能であった光学的利用に
ついても可能となっている。
【００３２】
【実施例】以下、本発明について具体的に図面を参照し
て説明を行う。図１には、まず本発明の措置が、導電性
ないし金属資料の反応式噴霧を用いた、絶縁膜の成膜工
程の純粋に品質的な面を示すヒステリシス経過を観察す
ることによって示されている。
て説明を行う。図１には、まず本発明の措置が、導電性
ないし金属資料の反応式噴霧を用いた、絶縁膜の成膜工
程の純粋に品質的な面を示すヒステリシス経過を観察す
ることによって示されている。
【００３３】これらはまず周知の経過を基本とするもの
であり、すでに簡単に実施できるものである。次に、本
発明の措置によって得られる、別の経過について説明す
るが、この措置は本発明に採用されている利点を理解す
る上で有効なものとなる。（ａ）では、軸上に噴霧され
る試料と加工材の間の処理空間における「反応気体の主
流」ｍ＊、反応気体分圧ｐが品質的な面から表されてい
る。処理室内のグロー放電を維持せずに、すなわち成膜
処理を進めることなく、破線１に従って分圧ｐが主流ｍ
＊の関数として徐々に直線的に増加している。このとき
反応空間内では、直流グロー放電が点火され、試料が直
流噴霧されるため、臨界主流値Ｍ＊ DCに達するまで供給
された反応気体の大部分が、反応処理中に（ａ）の量Ｖ
DCに応じて、噴霧された試料部分によって消費される。
これによって加工材が絶縁性の反応生成物によって成膜
される。
であり、すでに簡単に実施できるものである。次に、本
発明の措置によって得られる、別の経過について説明す
るが、この措置は本発明に採用されている利点を理解す
る上で有効なものとなる。（ａ）では、軸上に噴霧され
る試料と加工材の間の処理空間における「反応気体の主
流」ｍ＊、反応気体分圧ｐが品質的な面から表されてい
る。処理室内のグロー放電を維持せずに、すなわち成膜
処理を進めることなく、破線１に従って分圧ｐが主流ｍ
＊の関数として徐々に直線的に増加している。このとき
反応空間内では、直流グロー放電が点火され、試料が直
流噴霧されるため、臨界主流値Ｍ＊ DCに達するまで供給
された反応気体の大部分が、反応処理中に（ａ）の量Ｖ
DCに応じて、噴霧された試料部分によって消費される。
これによって加工材が絶縁性の反応生成物によって成膜
される。
【００３４】直流噴霧の場合、反応気体の主流が上述の
臨界値Ｍ＊DCに達すれば、分圧が金属モードＭＭの値Ｐ
MMから実質的に高い反応モードＲＭの値ＰRMまで跳ね上
がり、そして反応主流ｍ＊をさらに上げると、反応気体
分圧が実質的に高い水準でそこからさらに上昇する。特
性曲線のこの第２の安定した経過分岐が反応モードＲＭ
である。破線で示した不安定な推移経過が推移モードＵ
Ｍである。
臨界値Ｍ＊DCに達すれば、分圧が金属モードＭＭの値Ｐ
MMから実質的に高い反応モードＲＭの値ＰRMまで跳ね上
がり、そして反応主流ｍ＊をさらに上げると、反応気体
分圧が実質的に高い水準でそこからさらに上昇する。特
性曲線のこの第２の安定した経過分岐が反応モードＲＭ
である。破線で示した不安定な推移経過が推移モードＵ
Ｍである。
【００３５】反応モードにおいて、実質的に主流には左
右されない量の反応気体が量ｗに応じて反応によって消
費されると、試料上に絶縁性の膜が形成される。その膜
は加工材ないし物体上でさらに反応によって反応気体を
介して変化する。本来の反応工程ではこれ以上何も起こ
らないが、試料から反応生成物が噴霧される。この安定
した帯域ＲＭは、上述の試料吹き付けに基づく加工材の
成膜のために、すなわちこの場合の目的に合わせれば絶
縁性の膜のために、あるいはきわめて非科学的な方法で
のみ利用可能である。
右されない量の反応気体が量ｗに応じて反応によって消
費されると、試料上に絶縁性の膜が形成される。その膜
は加工材ないし物体上でさらに反応によって反応気体を
介して変化する。本来の反応工程ではこれ以上何も起こ
らないが、試料から反応生成物が噴霧される。この安定
した帯域ＲＭは、上述の試料吹き付けに基づく加工材の
成膜のために、すなわちこの場合の目的に合わせれば絶
縁性の膜のために、あるいはきわめて非科学的な方法で
のみ利用可能である。
【００３６】反応モードＲＭを出発点として主流ｍ＊が
減少され、処理が金属モードＭＭに戻るまで、量的な特
性曲線の経過は点線で示されており、ここから典型的な
ヒステリシス関係がわかり、この関係によって今まで周
知のものに由来している。（ｂ）では、噴霧効率ｒの経
過は−下向きに正の軸−反応気体主流ｍ＊の関数として
表されている。主流ｍ＊の増加とともに、金属モードＭ
Ｍでは噴霧効率ｒが下がっており、その結果、主流が増
加するとともに噴霧される部分の反応度μが増加するこ
とは明かとなる。これは、噴霧効率が（ｂ）で下がり、
同時に（ａ）で反応する反応気体の部分が量ＶDCに応じ
て減少しているためである。
減少され、処理が金属モードＭＭに戻るまで、量的な特
性曲線の経過は点線で示されており、ここから典型的な
ヒステリシス関係がわかり、この関係によって今まで周
知のものに由来している。（ｂ）では、噴霧効率ｒの経
過は−下向きに正の軸−反応気体主流ｍ＊の関数として
表されている。主流ｍ＊の増加とともに、金属モードＭ
Ｍでは噴霧効率ｒが下がっており、その結果、主流が増
加するとともに噴霧される部分の反応度μが増加するこ
とは明かとなる。これは、噴霧効率が（ｂ）で下がり、
同時に（ａ）で反応する反応気体の部分が量ＶDCに応じ
て減少しているためである。
【００３７】臨界主流Ｍ＊DCにおいて、金属モードでは
噴霧効率ｒがＲMMから実質的に低い値ＲRMまで急変し、
反応モードでは実質的に一定に保たれる。試料の汚染に
おいては、金属試料上に形成された絶縁性の膜から部分
的に試料が噴霧され、加工材上に堆積されるが、この部
分が処理空間の反応気体をこれ以上消費することはな
い。十分に試料が被われると、直流噴霧処理は実質的に
停止する。
噴霧効率ｒがＲMMから実質的に低い値ＲRMまで急変し、
反応モードでは実質的に一定に保たれる。試料の汚染に
おいては、金属試料上に形成された絶縁性の膜から部分
的に試料が噴霧され、加工材上に堆積されるが、この部
分が処理空間の反応気体をこれ以上消費することはな
い。十分に試料が被われると、直流噴霧処理は実質的に
停止する。
【００３８】グロー放電および、比較的に出力の小さい
−一貫して交流噴霧を用いた場合に必要となるより実質
的に少ない−直流および重複する交流部分を用いた噴霧
を行う場合、反応気体主流が同一でも噴霧効率ｒに重大
な上昇が生じ、そのために成膜効率にも相応の上昇が生
じる。（ｂ）において、このことはＭＭ（ＡＣ＋ＤＣ）
の経過に対応する。このとき反応気体主流ｍ＊が同じで
あれば、交流重畳の際に噴霧効率ｒが上がるため、反応
する反応気体部分が増加し、主流ｍ＊の増加にともない
金属モードＭＭ（ＡＣ＋ＤＣ）の反応気体分圧は、ＤＣ
の場合よりもずっと小量しか増加しない。交流重畳にお
いて噴霧された部分と反応する、供給された反応気体の
部分は、（ａ）ではＶAC+DC として表されている。実質
的に、処理空間内での反応気体分圧ｐは、処理が安定し
た金属モードＭＭから、推移モードＵＭを越えて、反応
モードＲＭに転じるかどうかを左右するものである。こ
のとき交流重畳の場合に、分圧値ＰMMに達するのが実質
的に遅れ、すなわち実質的に反応気体主流ＭAC+DC は、
純粋な直流噴霧におけるＭDCよりも大きい値となる。
−一貫して交流噴霧を用いた場合に必要となるより実質
的に少ない−直流および重複する交流部分を用いた噴霧
を行う場合、反応気体主流が同一でも噴霧効率ｒに重大
な上昇が生じ、そのために成膜効率にも相応の上昇が生
じる。（ｂ）において、このことはＭＭ（ＡＣ＋ＤＣ）
の経過に対応する。このとき反応気体主流ｍ＊が同じで
あれば、交流重畳の際に噴霧効率ｒが上がるため、反応
する反応気体部分が増加し、主流ｍ＊の増加にともない
金属モードＭＭ（ＡＣ＋ＤＣ）の反応気体分圧は、ＤＣ
の場合よりもずっと小量しか増加しない。交流重畳にお
いて噴霧された部分と反応する、供給された反応気体の
部分は、（ａ）ではＶAC+DC として表されている。実質
的に、処理空間内での反応気体分圧ｐは、処理が安定し
た金属モードＭＭから、推移モードＵＭを越えて、反応
モードＲＭに転じるかどうかを左右するものである。こ
のとき交流重畳の場合に、分圧値ＰMMに達するのが実質
的に遅れ、すなわち実質的に反応気体主流ＭAC+DC は、
純粋な直流噴霧におけるＭDCよりも大きい値となる。
【００３９】従って、本発明に取り入れられた工程すな
わち直流および重複する交流を用いた噴霧を行うことに
より、実質的に高い噴霧効率が達成されることがわか
る。ここで、推移モードＵＭにおける処理が行われる。
処理の経過に応じて、「急上昇」ないし急傾斜に関連す
る金属モードから反応モードへの推移は異なる。とくに
本発明により認識されるのは、ｓとして概略的に表され
ているように、この推移がとりわけＡＣ部分の出力増加
にともなって水平になるよう設定できることである。こ
れによって、特定の場合では単に推移モードにおいて処
理条件を固定することにより処理を行うことが可能とな
っている。
わち直流および重複する交流を用いた噴霧を行うことに
より、実質的に高い噴霧効率が達成されることがわか
る。ここで、推移モードＵＭにおける処理が行われる。
処理の経過に応じて、「急上昇」ないし急傾斜に関連す
る金属モードから反応モードへの推移は異なる。とくに
本発明により認識されるのは、ｓとして概略的に表され
ているように、この推移がとりわけＡＣ部分の出力増加
にともなって水平になるよう設定できることである。こ
れによって、特定の場合では単に推移モードにおいて処
理条件を固定することにより処理を行うことが可能とな
っている。
【００４０】図１の（ａ）、（ｂ）に示されている急変
化は単に解説するための特性を示しており、この推移に
おける実際の量を表したものではないことを、この段階
でもう一度確認しておきたい。この推移モードＵＭにお
ける安定化は、直流作動に関して（４）ないし（９）か
ら知られている処理の作用期間の処理制御を介して、た
だし交流重複の直流作動において、すなわち帯域ＵＭ
AC+DC において、たとえばＸにより示されているように
行われており、従って、ここでは直流作動の場合の推移
モードにおいて達成される反応度μに比べて、推移モー
ドＵＭAC+DC において実質的な反応度μの上昇が可能と
なることがわかる。
化は単に解説するための特性を示しており、この推移に
おける実際の量を表したものではないことを、この段階
でもう一度確認しておきたい。この推移モードＵＭにお
ける安定化は、直流作動に関して（４）ないし（９）か
ら知られている処理の作用期間の処理制御を介して、た
だし交流重複の直流作動において、すなわち帯域ＵＭ
AC+DC において、たとえばＸにより示されているように
行われており、従って、ここでは直流作動の場合の推移
モードにおいて達成される反応度μに比べて、推移モー
ドＵＭAC+DC において実質的な反応度μの上昇が可能と
なることがわかる。
【００４１】（９）から理解されるのは、出力の異なる
純粋な交流（ＡＣ）噴霧を使用した場合、噴霧効率およ
び主流に関する処理ヒステリシスの経過が、（ｂ）にし
たがって生じること、そして一連の経過において、共通
で座標系の原点を通って経過する直線ｇ上にある点が、
同一の成膜反応度μを生じていることである。したがっ
て、そうした直線ｇは実質的に反応度が同一の点とな
る。
純粋な交流（ＡＣ）噴霧を使用した場合、噴霧効率およ
び主流に関する処理ヒステリシスの経過が、（ｂ）にし
たがって生じること、そして一連の経過において、共通
で座標系の原点を通って経過する直線ｇ上にある点が、
同一の成膜反応度μを生じていることである。したがっ
て、そうした直線ｇは実質的に反応度が同一の点とな
る。
【００４２】ＤＣ作動の推移モードの場合と比べて、安
定化された処理においては、推移モードで交流重畳の直
流を用いた処理実行の場合に反応度μを実質的に高くす
ることができること、これによって、実質的に使用され
る電気出力が直流出力か、直流および交流出力か、交流
出力かに依存せずに、これ以外の実行条件が同一なら
ば、原点を通る直線上にあるヒステリシス経過点が、実
質的に同一の成膜反応度μに導かれるという本発明によ
る事実がわかる。
定化された処理においては、推移モードで交流重畳の直
流を用いた処理実行の場合に反応度μを実質的に高くす
ることができること、これによって、実質的に使用され
る電気出力が直流出力か、直流および交流出力か、交流
出力かに依存せずに、これ以外の実行条件が同一なら
ば、原点を通る直線上にあるヒステリシス経過点が、実
質的に同一の成膜反応度μに導かれるという本発明によ
る事実がわかる。
【００４３】したがって、（ｂ）においては、反応度は
直線ｇ1 上の経過変更点ＫDCおよびＫAC+DC においては
実質的に同一であり、反応モードに向かって直線ｇ2 に
対応して最適化される。直線群Ｇを仮定することによ
り、図１（ｂ）に表すように、推移モードＵＭにおける
反応度μに関する等級分けが明らかになる。処理作用点
を、上述の処理制御ないし処理安定化に基づいて、反応
モードＲＭにおける推移の近傍に設定してもよいが、簡
単にいえば、これと関連して間隔Ｄを守らなければなら
ず、望まれないたとえば回避することのできない制御誤
差が反応モードに影響を及ぼし、処理環境が突然変化し
ないようにするためである。作用点が不所望に反応モー
ドＲＭ内へ短時間でもずれると、処理の明確な転換が反
応モード内にずれ込む。
直線ｇ1 上の経過変更点ＫDCおよびＫAC+DC においては
実質的に同一であり、反応モードに向かって直線ｇ2 に
対応して最適化される。直線群Ｇを仮定することによ
り、図１（ｂ）に表すように、推移モードＵＭにおける
反応度μに関する等級分けが明らかになる。処理作用点
を、上述の処理制御ないし処理安定化に基づいて、反応
モードＲＭにおける推移の近傍に設定してもよいが、簡
単にいえば、これと関連して間隔Ｄを守らなければなら
ず、望まれないたとえば回避することのできない制御誤
差が反応モードに影響を及ぼし、処理環境が突然変化し
ないようにするためである。作用点が不所望に反応モー
ドＲＭ内へ短時間でもずれると、処理の明確な転換が反
応モード内にずれ込む。
【００４４】しかし、この段階では、本発明による推移
モードＵＭAC+DC 内での交流重畳直流を用いた処理を実
行する場合、ＤＣ作動でのμmaxDC よりも実質的に高い
成膜反応度μmaxAC+DCが達成できることが基本的に認識
されている。このように、推移モードで安定化されるＤ
Ｃ作動に比べて、本発明によればＡＣ＋ＤＣ作動におい
て高い反応度μが上述の安定化に基づいて、とくに制御
によってきわめて安定したものとなり、そのため加工材
の成膜が均質に達成される理由は説明できる。
モードＵＭAC+DC 内での交流重畳直流を用いた処理を実
行する場合、ＤＣ作動でのμmaxDC よりも実質的に高い
成膜反応度μmaxAC+DCが達成できることが基本的に認識
されている。このように、推移モードで安定化されるＤ
Ｃ作動に比べて、本発明によればＡＣ＋ＤＣ作動におい
て高い反応度μが上述の安定化に基づいて、とくに制御
によってきわめて安定したものとなり、そのため加工材
の成膜が均質に達成される理由は説明できる。
【００４５】作用点Ｘは、とくに推移モードにおける制
御によって安定化され、（ｂ）に二重矢印Ｔを用いて示
すように、推移モードでは所望の反応度μにしたがって
設定され、直流作動および同一の噴霧効率ｒにおける場
合よりも常に高い。反応度は、ここから上限値付近まで
抑制され、μmaxAC+DC＜μmaxDC に対応するよう設定で
きる。
御によって安定化され、（ｂ）に二重矢印Ｔを用いて示
すように、推移モードでは所望の反応度μにしたがって
設定され、直流作動および同一の噴霧効率ｒにおける場
合よりも常に高い。反応度は、ここから上限値付近まで
抑制され、μmaxAC+DC＜μmaxDC に対応するよう設定で
きる。
【００４６】以上に説明したように、これまでの説明は
図１にしたがって、とくに推移モードＵＭにおける周知
かつ推定上の処理経過に基づくものである。本発明によ
り、さらに認識されるのは、本発明による作動の場合に
は処理作用点が金属モードの近くに設定されたときに、
推移モードでは常に、最適な高さの成膜効率で処理を実
行することができ、少なくとも化学両論に基づいた膜が
得られることである。その際、反応を用いない同じ試料
材を用いたＤＣ噴霧によって得られる金属ないし導電性
の膜の噴霧エネルギーあたりの膜体積に対する、本発明
により得られる膜の噴霧エネルギーあたりの膜体積によ
って得られるエネルギー活用比率は、活用比率＞１とな
ることである。
図１にしたがって、とくに推移モードＵＭにおける周知
かつ推定上の処理経過に基づくものである。本発明によ
り、さらに認識されるのは、本発明による作動の場合に
は処理作用点が金属モードの近くに設定されたときに、
推移モードでは常に、最適な高さの成膜効率で処理を実
行することができ、少なくとも化学両論に基づいた膜が
得られることである。その際、反応を用いない同じ試料
材を用いたＤＣ噴霧によって得られる金属ないし導電性
の膜の噴霧エネルギーあたりの膜体積に対する、本発明
により得られる膜の噴霧エネルギーあたりの膜体積によ
って得られるエネルギー活用比率は、活用比率＞１とな
ることである。
【００４７】このとき、少なくとも本発明の推移モード
における作動では、噴霧効率ｒが反応気体主流ｍ＊の関
数として、同様に反応気体の分圧ｐが反応気体主流ｍ＊
の関数として、量的に図１に点で示した経過に合致して
いることが観察される。従って、金属モードＭＭAC+DC
の付近では、高い噴霧効率およびそれにともなう成膜効
率が優勢であり、反応気体主流は高いが、この主流の関
数として、実質的に反応分圧は一定である場合に限る。
直線１および分圧経過の間での過剰は、反応される気体
の量に対してかなりの量となり、そのために高い反応度
μでは、処理作用点ＸA を金属モードの近くに設定する
場合には、噴霧率ｒを最適な状態で高く維持することが
できることは明白である。前述したように、この場合、
反応気体消費量−主流ｍ＊の場合−が高く、その証拠に
反応度μが高い。望ましい作用点の状態は、図１にＸA
として量的に示されている。
における作動では、噴霧効率ｒが反応気体主流ｍ＊の関
数として、同様に反応気体の分圧ｐが反応気体主流ｍ＊
の関数として、量的に図１に点で示した経過に合致して
いることが観察される。従って、金属モードＭＭAC+DC
の付近では、高い噴霧効率およびそれにともなう成膜効
率が優勢であり、反応気体主流は高いが、この主流の関
数として、実質的に反応分圧は一定である場合に限る。
直線１および分圧経過の間での過剰は、反応される気体
の量に対してかなりの量となり、そのために高い反応度
μでは、処理作用点ＸA を金属モードの近くに設定する
場合には、噴霧率ｒを最適な状態で高く維持することが
できることは明白である。前述したように、この場合、
反応気体消費量−主流ｍ＊の場合−が高く、その証拠に
反応度μが高い。望ましい作用点の状態は、図１にＸA
として量的に示されている。
【００４８】本発明による直流交流噴霧と推移モードＵ
Ｍにおける処理作用点ＸA の選択によって、高い成膜効
率において金属モードの付近でできるかぎり高い成膜度
μを維持するため、直流作動時において推移モードで安
定化された処理に反して、実質的に高い成膜度が高い成
膜反応度μとともに達成されることは長所といえる。高
速制御系を用いることによって、作用点が金属モードあ
るいは場合によっては反応モードに移行するのが防止さ
れる。
Ｍにおける処理作用点ＸA の選択によって、高い成膜効
率において金属モードの付近でできるかぎり高い成膜度
μを維持するため、直流作動時において推移モードで安
定化された処理に反して、実質的に高い成膜度が高い成
膜反応度μとともに達成されることは長所といえる。高
速制御系を用いることによって、作用点が金属モードあ
るいは場合によっては反応モードに移行するのが防止さ
れる。
【００４９】図２では、本発明による方法を実施するた
めの装置が概略的に示されている。たとえば素地上に設
けられた枠体を備えた真空室１０内では、加工材運搬器
１１が加工材とともに配置されている。加工材運搬器１
１と対面して、試料支持器１２が噴霧されるオーミック
導電性の素材からなる試料１４とともに配置されてい
る。試料１４は支持器１２上で電源１６によって操作さ
れ、電源は直流信号ＤＣを重複する交流信号ＡＣととも
に供給する。加工材運搬器１１と試料１４の間に形成さ
れ、陽極として働く暗室保護器１８を備えた反応室Ａ内
に、概略的に示されているように導入システム２０が作
用気体の吸入口とともに通じており、その中に酸素のよ
うな反応気体ないし気体混合物が含まれている。５０Ｈ
ｚから２５０ｋＨｚまでの周波数、望ましくは１０ｋＨ
ｚから２００ｋＨｚの周波数が、電源１６のＡＣ部分と
して特に適しているのは明らかである。
めの装置が概略的に示されている。たとえば素地上に設
けられた枠体を備えた真空室１０内では、加工材運搬器
１１が加工材とともに配置されている。加工材運搬器１
１と対面して、試料支持器１２が噴霧されるオーミック
導電性の素材からなる試料１４とともに配置されてい
る。試料１４は支持器１２上で電源１６によって操作さ
れ、電源は直流信号ＤＣを重複する交流信号ＡＣととも
に供給する。加工材運搬器１１と試料１４の間に形成さ
れ、陽極として働く暗室保護器１８を備えた反応室Ａ内
に、概略的に示されているように導入システム２０が作
用気体の吸入口とともに通じており、その中に酸素のよ
うな反応気体ないし気体混合物が含まれている。５０Ｈ
ｚから２５０ｋＨｚまでの周波数、望ましくは１０ｋＨ
ｚから２００ｋＨｚの周波数が、電源１６のＡＣ部分と
して特に適しているのは明らかである。
【００５０】しかし処理に応じて、交流部分ＡＣはパル
ス部分として、純粋にサインとして、あるいは２つ以上
の周波数を有する重複したサイン信号として発生され
る。これらは１００Ｈｚ、あるいは１０Ｈｚからマイク
ロ波帯域までの周波数で、望ましくは１５ＭＨｚまでの
ものとする。試料は、とくに本発明によれば、結晶化さ
れて取り込まれた、あるいは流し込まれた三燐化Ｓｉ試
料であり、０．０１Ωｃｍから１００Ωｃｍまで、望ま
しくは０．０１Ωｃｍから１Ωｃｍまでの導電性を有す
るものとする。ＡＣ出力は実質的にＤＣ出力よりも低
く、経済性のよい半導体素子に基づく参照番号１６の発
生装置の使用が可能なものとする。
ス部分として、純粋にサインとして、あるいは２つ以上
の周波数を有する重複したサイン信号として発生され
る。これらは１００Ｈｚ、あるいは１０Ｈｚからマイク
ロ波帯域までの周波数で、望ましくは１５ＭＨｚまでの
ものとする。試料は、とくに本発明によれば、結晶化さ
れて取り込まれた、あるいは流し込まれた三燐化Ｓｉ試
料であり、０．０１Ωｃｍから１００Ωｃｍまで、望ま
しくは０．０１Ωｃｍから１Ωｃｍまでの導電性を有す
るものとする。ＡＣ出力は実質的にＤＣ出力よりも低
く、経済性のよい半導体素子に基づく参照番号１６の発
生装置の使用が可能なものとする。
【００５１】吸入装置２０には図示しない容器から上述
の気体ないし気体混合物が供給される。さらに、概略的
に示された吸入構造３２によって、作用気体とくにアル
ゴンが別個に供給され、またたとえば仕切られている反
応室Ａへも、試料の近傍にも、あるいは直接的に反応室
内へも、（４）から周知となっているような所望の処理
に応じて、同様のことが行われる。電源１６によって反
応室内でグロー放電が起こされ、試料１４が噴霧され
る。噴霧された部分はグロー放電状態の処理室Ａ内で反
応気体と反応し、導電性の低い、たとえば絶縁性の反応
物質が、とくに加工材運搬器１１の加工材１３上に堆積
される。
の気体ないし気体混合物が供給される。さらに、概略的
に示された吸入構造３２によって、作用気体とくにアル
ゴンが別個に供給され、またたとえば仕切られている反
応室Ａへも、試料の近傍にも、あるいは直接的に反応室
内へも、（４）から周知となっているような所望の処理
に応じて、同様のことが行われる。電源１６によって反
応室内でグロー放電が起こされ、試料１４が噴霧され
る。噴霧された部分はグロー放電状態の処理室Ａ内で反
応気体と反応し、導電性の低い、たとえば絶縁性の反応
物質が、とくに加工材運搬器１１の加工材１３上に堆積
される。
【００５２】さらに概略的に示すように、噴霧および成
膜処理を安定化するための制御回路が設けられている。
この制御回路にはＩＳＴ値検知器２２が含まれており、
とくに以下の事項を一つ以上満たす感知器を含んでい
る。即ち、光学系であり、吸収感知器、放射感知器、蛍
光線観測検知器であり、出願人が販売している光線発射
受光感知器であり、放電インピーダンス感知器であり、
分圧測定感知器であること、である。
膜処理を安定化するための制御回路が設けられている。
この制御回路にはＩＳＴ値検知器２２が含まれており、
とくに以下の事項を一つ以上満たす感知器を含んでい
る。即ち、光学系であり、吸収感知器、放射感知器、蛍
光線観測検知器であり、出願人が販売している光線発射
受光感知器であり、放電インピーダンス感知器であり、
分圧測定感知器であること、である。
【００５３】ＩＳＴ値検知器の出力信号は選別および判
定ユニット２４、２６に供給される。信号選別の後に、
ＩＳＴ値信号ｓは差別化ユニット２８に送られる。ここ
で差Δは、ユニット３０で調整可能である、設定された
ＳＯＬＬ値Ｗに関連して発生される。制御差Δは、制御
反応の最適化を行うための調整器（図示せず）を介し、
調整値として処理量に加えられ、この量だけ即座に反応
が生じる。対応する調整を伴う調整値としては、以下の
事項のうち一つ以上が設定されていれば望ましい。出力
ＤＣ（電流ないし電圧）、出力ＡＣ（電流振幅ないし電
圧振幅）、周波数ＡＣ、周波数スペクトルＡＣ、比率出
力ＡＣ／出力ＤＣ、反応気体主流、気体混合、作用気体
主流、である。
定ユニット２４、２６に供給される。信号選別の後に、
ＩＳＴ値信号ｓは差別化ユニット２８に送られる。ここ
で差Δは、ユニット３０で調整可能である、設定された
ＳＯＬＬ値Ｗに関連して発生される。制御差Δは、制御
反応の最適化を行うための調整器（図示せず）を介し、
調整値として処理量に加えられ、この量だけ即座に反応
が生じる。対応する調整を伴う調整値としては、以下の
事項のうち一つ以上が設定されていれば望ましい。出力
ＤＣ（電流ないし電圧）、出力ＡＣ（電流振幅ないし電
圧振幅）、周波数ＡＣ、周波数スペクトルＡＣ、比率出
力ＡＣ／出力ＤＣ、反応気体主流、気体混合、作用気体
主流、である。
【００５４】図２では、ＤＣ部分およびＡＣ部分およ
び、バルブ３２ａを介した反応気体主流について示され
ている。制御回路によって、すでに説明したように、推
移モードＵＭMA+DC における噴霧および成膜処理が安定
化されていれば望ましい。試料帯域においてプラズマ濃
度をさらに上げ、その結果として噴霧効率を上げるため
に、周知のように設けられた磁界Ｂによって概略的に示
すように、試料１４を磁力源によって操作する。
び、バルブ３２ａを介した反応気体主流について示され
ている。制御回路によって、すでに説明したように、推
移モードＵＭMA+DC における噴霧および成膜処理が安定
化されていれば望ましい。試料帯域においてプラズマ濃
度をさらに上げ、その結果として噴霧効率を上げるため
に、周知のように設けられた磁界Ｂによって概略的に示
すように、試料１４を磁力源によって操作する。
【００５５】試料噴霧を行う従来の成膜装置に対して、
ここでは試料が直流および交流を用いて実行され、また
処理作用点を制御によって安定化させるために高速の制
御回路が設けられていれば望ましい。本発明により達成
された反応度μが場合によって得られないときには、加
工材１３の成膜が後から反応される。これは、室１０で
膜が反応気体中でグロー放電を伴う場合であっても伴わ
ない場合であっても後から反応が行われるのであり、望
ましくは追加して供給されたエネルギーの作用下で、た
とえば対応する接続装置を用いて以下のようなエネルギ
ー要素によって行われるのが望ましい。即ち、光（レー
ザー、ＵＶ）、イオン光線、電子光線、熱、プラズマ、
ＨＦあるいはマイクロ波、である。
ここでは試料が直流および交流を用いて実行され、また
処理作用点を制御によって安定化させるために高速の制
御回路が設けられていれば望ましい。本発明により達成
された反応度μが場合によって得られないときには、加
工材１３の成膜が後から反応される。これは、室１０で
膜が反応気体中でグロー放電を伴う場合であっても伴わ
ない場合であっても後から反応が行われるのであり、望
ましくは追加して供給されたエネルギーの作用下で、た
とえば対応する接続装置を用いて以下のようなエネルギ
ー要素によって行われるのが望ましい。即ち、光（レー
ザー、ＵＶ）、イオン光線、電子光線、熱、プラズマ、
ＨＦあるいはマイクロ波、である。
【００５６】加工材運搬器は固定されるか、あるいはゆ
っくりあるいは断続的に作動され、望ましくは回転され
る。その際、一貫して可能であるが部分的に望ましいの
は、図２に示す装置を「後からの反応」段階と同列のも
のとして結び付け、噴霧成膜後、室１０側に切り換えら
れた後からの反応段階に加工材１３を移すことである。
周知の圧力減結合がロックであろうと単なる圧力段階に
よるものであろうと、周知の圧力減結合よって、処理室
Ａ内でさらに進行する処理圧力の減結合を、そうした後
からの処理段階において反応気体の圧力によって達成す
ることができる。
っくりあるいは断続的に作動され、望ましくは回転され
る。その際、一貫して可能であるが部分的に望ましいの
は、図２に示す装置を「後からの反応」段階と同列のも
のとして結び付け、噴霧成膜後、室１０側に切り換えら
れた後からの反応段階に加工材１３を移すことである。
周知の圧力減結合がロックであろうと単なる圧力段階に
よるものであろうと、周知の圧力減結合よって、処理室
Ａ内でさらに進行する処理圧力の減結合を、そうした後
からの処理段階において反応気体の圧力によって達成す
ることができる。
【００５７】したがって本発明の方法ないし本発明の装
置は、不安定な推移モードではいずれの任意の作用点に
おいても、また、とくに金属モードへ移行する近辺では
安定に作動することができ、処理作用点がグロー放電供
給の変動、反応気体圧力の変動、試料素材の不均質など
のような妨害量の影響によって、仮に短時間ずれたとし
ても大幅にずれて金属モードで反転することのないよう
保証するものである。
置は、不安定な推移モードではいずれの任意の作用点に
おいても、また、とくに金属モードへ移行する近辺では
安定に作動することができ、処理作用点がグロー放電供
給の変動、反応気体圧力の変動、試料素材の不均質など
のような妨害量の影響によって、仮に短時間ずれたとし
ても大幅にずれて金属モードで反転することのないよう
保証するものである。
【００５８】図３には、本発明に使用される制御回路の
ブロック図が示されている。この図は上述した作用点値
の制御それぞれに対応するものであり、影響力のある調
整パラメーターの複雑さおよび多用性に基づいて、周知
の状態制御が一貫して制御方法に適用できる。基本的に
ＳＯＬＬ値Ｗは状態条件ユニット４０ないしＳＯＬＬ値
条件ユニットにあらかじめ設定されており、比較ユニッ
ト４２においてフィードバックされた測定ＩＳＴ値Ｘ’
と比較される。場合によっては、制御差Δが調整器を介
して調整成分ユニット４４に影響を及ぼし、ユニット４
４が最終的に少なくとも一つの値を設定し、この値が処
理作用点に影響を及ぼす。４６においては処理が制御線
分として表され、作用点Ｘは制御された値となる。その
後測定ユニット４８で捕捉され、測定ユニット４８の出
力信号は調整器５０を介して測定制御値Ｘ’として比較
ユニット４２にフィードバックされる。
ブロック図が示されている。この図は上述した作用点値
の制御それぞれに対応するものであり、影響力のある調
整パラメーターの複雑さおよび多用性に基づいて、周知
の状態制御が一貫して制御方法に適用できる。基本的に
ＳＯＬＬ値Ｗは状態条件ユニット４０ないしＳＯＬＬ値
条件ユニットにあらかじめ設定されており、比較ユニッ
ト４２においてフィードバックされた測定ＩＳＴ値Ｘ’
と比較される。場合によっては、制御差Δが調整器を介
して調整成分ユニット４４に影響を及ぼし、ユニット４
４が最終的に少なくとも一つの値を設定し、この値が処
理作用点に影響を及ぼす。４６においては処理が制御線
分として表され、作用点Ｘは制御された値となる。その
後測定ユニット４８で捕捉され、測定ユニット４８の出
力信号は調整器５０を介して測定制御値Ｘ’として比較
ユニット４２にフィードバックされる。
【００５９】作用点ＸないしＸA を許容できないほど大
幅にずらす可能性がある妨害値Ｓは、設定成分４４と処
理４６の間に取り入れられる。Ｇ（Ｓ）は各々の変換関
数であり、Ｓは専門家にとっては周知であるが、ラプラ
ス変換の変数を示す。図４に示すように、本発明に使用
する制御系は、開いた制御回路に、すなわち状態条件ユ
ニット４０つまりＷ（図３）と図３に記した切り開かれ
ている点Ｐとの間で増幅を行わねばならず、増幅は周波
数が実質的に１（０ｄＢ）より大きくなるまで行われ、
ここで図４に示すような妨害値Ｓが発生する。この条件
が満たされていれば、妨害値Ｓは急激に制御され、作用
点Ｘを決定的にずらすことはできなくなる。
幅にずらす可能性がある妨害値Ｓは、設定成分４４と処
理４６の間に取り入れられる。Ｇ（Ｓ）は各々の変換関
数であり、Ｓは専門家にとっては周知であるが、ラプラ
ス変換の変数を示す。図４に示すように、本発明に使用
する制御系は、開いた制御回路に、すなわち状態条件ユ
ニット４０つまりＷ（図３）と図３に記した切り開かれ
ている点Ｐとの間で増幅を行わねばならず、増幅は周波
数が実質的に１（０ｄＢ）より大きくなるまで行われ、
ここで図４に示すような妨害値Ｓが発生する。この条件
が満たされていれば、妨害値Ｓは急激に制御され、作用
点Ｘを決定的にずらすことはできなくなる。
【００６０】実質的に図２に示されている装置および以
下の通りに設定された処理パラメーターを用いて、同じ
く以下に示された結果が、後からの反応を行うことなく
得られる。 （例） 出力ＤＣ ２ｋＷ 出力ＡＣ ０．５ｋＷ 周波数ＡＣ ２００ｋＨｚ 試料電圧 −３４５Ｖ 試料電流 ７．２Ａ アルゴンガス圧力 ８・１０-3ｍｂａｒ アルゴンガス主流 １６．５ｓｃｃｍ Ｏ2 分圧 １０-4 試料物体間隔 ６０ｍｍ 試料 導電性＜０．５Ωｃｍ 燐化合Ｓｉ ＡＫ ５１０ ＳＩ型 磁力システム ＭＡ ５１０ 噴霧時間 １０８０秒 膜厚 ５８３ｎｍ 基板（物体）用 バスケット φ４００ｍｍ バスケット側効率 ０．５４ｎｍ／秒 回転周波数 ０．３Ｈｚ ダイナミック比率 ＤＤＲ＝６０．５ｎｍ・ｍｍ2
／Ｗｓ エネルギー活用 ０．６（ｎｍ／ｓ）／（Ｗ／ｃ
ｍ2 ） λ＝６３３ｎｍにおける ＳｉＯ2 分解値 ｎ＝１．４６５ λ＝６３３ｎｍにおける ＳｉＯ2 吸収係数 ｋ＜１０-4 λ＝３８２ｎｍにおける ＳｉＯ2 吸収係数 １．５・１０-4 Ｆｔｈ＝２．５ Ｆexp ＝１．２ 結論は以下のとおりである。
下の通りに設定された処理パラメーターを用いて、同じ
く以下に示された結果が、後からの反応を行うことなく
得られる。 （例） 出力ＤＣ ２ｋＷ 出力ＡＣ ０．５ｋＷ 周波数ＡＣ ２００ｋＨｚ 試料電圧 −３４５Ｖ 試料電流 ７．２Ａ アルゴンガス圧力 ８・１０-3ｍｂａｒ アルゴンガス主流 １６．５ｓｃｃｍ Ｏ2 分圧 １０-4 試料物体間隔 ６０ｍｍ 試料 導電性＜０．５Ωｃｍ 燐化合Ｓｉ ＡＫ ５１０ ＳＩ型 磁力システム ＭＡ ５１０ 噴霧時間 １０８０秒 膜厚 ５８３ｎｍ 基板（物体）用 バスケット φ４００ｍｍ バスケット側効率 ０．５４ｎｍ／秒 回転周波数 ０．３Ｈｚ ダイナミック比率 ＤＤＲ＝６０．５ｎｍ・ｍｍ2
／Ｗｓ エネルギー活用 ０．６（ｎｍ／ｓ）／（Ｗ／ｃ
ｍ2 ） λ＝６３３ｎｍにおける ＳｉＯ2 分解値 ｎ＝１．４６５ λ＝６３３ｎｍにおける ＳｉＯ2 吸収係数 ｋ＜１０-4 λ＝３８２ｎｍにおける ＳｉＯ2 吸収係数 １．５・１０-4 Ｆｔｈ＝２．５ Ｆexp ＝１．２ 結論は以下のとおりである。
【００６１】加工材に自然と形成される膜に対し高い反
応度が強く有利な効果を現し、試料については−ＤＣの
場合−強いが不利な効果を現し、反応気体の膜が増強さ
れて形成され、この膜が試料を汚染する。ＡＣ＋ＤＣ放
電については成功し、純粋なＤＣ放電に対して、きわめ
て効果的に試料が噴霧され、加工材側に絶縁性の膜が形
成される。強い反応度勾配が試料と加工材の間に生じ
る。試料側の低い反応度すなわち効率の低い反応気体膜
形成がＡＣ噴霧の持続によって高い効率に上がり、加工
材側の高い反応度によって均質な化学量論に基づく膜形
成が行われる。
応度が強く有利な効果を現し、試料については−ＤＣの
場合−強いが不利な効果を現し、反応気体の膜が増強さ
れて形成され、この膜が試料を汚染する。ＡＣ＋ＤＣ放
電については成功し、純粋なＤＣ放電に対して、きわめ
て効果的に試料が噴霧され、加工材側に絶縁性の膜が形
成される。強い反応度勾配が試料と加工材の間に生じ
る。試料側の低い反応度すなわち効率の低い反応気体膜
形成がＡＣ噴霧の持続によって高い効率に上がり、加工
材側の高い反応度によって均質な化学量論に基づく膜形
成が行われる。
【００６２】この勾配では、「消費された費用あたりで
形成される膜体積」によって決定されるエネルギー活用
を、金属膜のＤＣ堆積（無反応）におけるエネルギー消
費に対し、反応により形成される膜の堆積においては係
数Ｆｔｈに関し論理的に改善することが可能となる。論
理的に最適なものとして可能な（Ｆｔｈ）改善および実
験上測定された（Ｆｅｘｐ）改善は以下の関係を満た
す。
形成される膜体積」によって決定されるエネルギー活用
を、金属膜のＤＣ堆積（無反応）におけるエネルギー消
費に対し、反応により形成される膜の堆積においては係
数Ｆｔｈに関し論理的に改善することが可能となる。論
理的に最適なものとして可能な（Ｆｔｈ）改善および実
験上測定された（Ｆｅｘｐ）改善は以下の関係を満た
す。
【００６３】 Ｆｔｈ＝（Ｍｒ／Ｍｍ）／（Ｄｒ／Ｄｍ） Ｆｅｘｐ＝（Ｖｒ／Ｅｒ）／（Ｖｍ／Ｅｍ） （Ｍｒ＝反応により形成される膜のモル重量、Ｍｍ＝金
属の原子重量、ＤｒないしＤｍは反応により形成された
膜ないし金属膜の厚さであり、ＶｒないしＶｍは反応に
より形成された膜ないし金属膜の堆積、ＥｒないしＥｍ
は反応処理ないし金属噴霧処理での噴霧におけるエネル
ギー消費である。）これまでの無反応金属噴霧ではエネ
ルギー活用が大きく、大抵の場合実質的に反応気体噴霧
の場合よりも大きかった。本発明によれば、反応気体噴
霧におけるエネルギー活用が金属噴霧の場合よりも大き
い。
属の原子重量、ＤｒないしＤｍは反応により形成された
膜ないし金属膜の厚さであり、ＶｒないしＶｍは反応に
より形成された膜ないし金属膜の堆積、ＥｒないしＥｍ
は反応処理ないし金属噴霧処理での噴霧におけるエネル
ギー消費である。）これまでの無反応金属噴霧ではエネ
ルギー活用が大きく、大抵の場合実質的に反応気体噴霧
の場合よりも大きかった。本発明によれば、反応気体噴
霧におけるエネルギー活用が金属噴霧の場合よりも大き
い。
【００６４】そのため本発明の方法および装置は、Ａｌ
ないしＳｉ試料からのＡｌ2 Ｏ3 ないしＳｉ3 Ｎ4 膜の
製造に適しており、とくにＳｉ試料とりわけ本発明によ
ればＳｉ化合物試料からのＳｉＯ2 膜の製造に適してい
る。また本発明によれば、他の導電性のないあるいは低
い膜を上述した利点とともに製造することもできる。エ
ネルギー活用度の決定については、試料素材自体が比較
ベースとして無反応噴霧に用いられていない。
ないしＳｉ試料からのＡｌ2 Ｏ3 ないしＳｉ3 Ｎ4 膜の
製造に適しており、とくにＳｉ試料とりわけ本発明によ
ればＳｉ化合物試料からのＳｉＯ2 膜の製造に適してい
る。また本発明によれば、他の導電性のないあるいは低
い膜を上述した利点とともに製造することもできる。エ
ネルギー活用度の決定については、試料素材自体が比較
ベースとして無反応噴霧に用いられていない。
【００６５】図５および図６では、本発明によるシリコ
ンの噴霧における噴霧特性曲線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
が表されており、特に望ましいＳｉＯ2 膜を本発明によ
り製造した場合を示している。図５では、第１の座標系
では左垂直座標軸に反応気体Ｏ2 の主流ｍ＊に対するシ
リコンの濃度Ｉをパーセント表示している。シリコンの
濃度Ｉ（２５４ｎｍ）は、シリコン試料の噴霧効率ｒに
比例する。この処理は図２を参照して説明した装置にお
いて実行される。反応気体主流ｍ＊に対する噴霧効率ｒ
の特性の経過は（ａ）に表されている。ここに記されて
いる点は測定点である。経過（ａ）は矢印の方向に進行
する。さらに、金属モードＭＭ、推移モードＵＭ、そし
て反応モードＲＭが示されている。
ンの噴霧における噴霧特性曲線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
が表されており、特に望ましいＳｉＯ2 膜を本発明によ
り製造した場合を示している。図５では、第１の座標系
では左垂直座標軸に反応気体Ｏ2 の主流ｍ＊に対するシ
リコンの濃度Ｉをパーセント表示している。シリコンの
濃度Ｉ（２５４ｎｍ）は、シリコン試料の噴霧効率ｒに
比例する。この処理は図２を参照して説明した装置にお
いて実行される。反応気体主流ｍ＊に対する噴霧効率ｒ
の特性の経過は（ａ）に表されている。ここに記されて
いる点は測定点である。経過（ａ）は矢印の方向に進行
する。さらに、金属モードＭＭ、推移モードＵＭ、そし
て反応モードＲＭが示されている。
【００６６】図６における第２の座標系では、同じく反
応気体Ｏ2 の主流ｍ＊に対するＯ2の分圧が右垂直軸に
表されており、その零点はアルゴンガスの圧力に対応し
ている。ここでも特性（ｃ）が矢印方向に進行してお
り、測定点はｍ＊により表されており、同様に金属モー
ドＭＭ、推移モードＵＭならびに反応モードＲＭが記さ
れている。
応気体Ｏ2 の主流ｍ＊に対するＯ2の分圧が右垂直軸に
表されており、その零点はアルゴンガスの圧力に対応し
ている。ここでも特性（ｃ）が矢印方向に進行してお
り、測定点はｍ＊により表されており、同様に金属モー
ドＭＭ、推移モードＵＭならびに反応モードＲＭが記さ
れている。
【００６７】図５における第２の座標系では、反応気体
主流ｍ＊に対する試料側で測定した電圧Ｕｓｂの経過が
右垂直軸に表されている。ここでも測定点ならびに特性
曲線が進行する方向は、測定点から測定点へ進むように
記録されている。したがって、ここに表された処理で
は、質的な面ではすでに図１に点線で表している経過が
確認される。とくに推移モードＵＭにおける特性経過上
に、どこでシリコン直線濃度Ｉと比例して噴霧効率ｒが
反応気体主流ｍ＊の関数として増加し、同時にこの推移
モードＵＭにおける幅広い帯域を越えて、反応気体Ｏ2
の分圧ｐが反応気体主流ｍ＊の関数として一定に維持さ
れるのか示されている。
主流ｍ＊に対する試料側で測定した電圧Ｕｓｂの経過が
右垂直軸に表されている。ここでも測定点ならびに特性
曲線が進行する方向は、測定点から測定点へ進むように
記録されている。したがって、ここに表された処理で
は、質的な面ではすでに図１に点線で表している経過が
確認される。とくに推移モードＵＭにおける特性経過上
に、どこでシリコン直線濃度Ｉと比例して噴霧効率ｒが
反応気体主流ｍ＊の関数として増加し、同時にこの推移
モードＵＭにおける幅広い帯域を越えて、反応気体Ｏ2
の分圧ｐが反応気体主流ｍ＊の関数として一定に維持さ
れるのか示されている。
【００６８】図５および図６では、例としてかつ望まし
いものとして本発明の成膜処理に選択された作用点が記
録されており、ＸA として示されている。
いものとして本発明の成膜処理に選択された作用点が記
録されており、ＸA として示されている。
【図１】本発明の措置を品質的な工程特性曲線に基づい
て示す。
て示す。
【図２】本発明による装置を概略的に示す。
【図３】本発明による制御のブロック切換図である。
【図４】本発明の制御の基本的ダイアグラムである。
【図５】左垂直軸にＳｉ噴霧効率と比例するＳｉ濃度、
水平軸に反応気体Ｏ2 の主流、右垂直軸にＳｉ試料の電
圧、水平軸に反応気体Ｏ2 の主流を示す。
水平軸に反応気体Ｏ2 の主流、右垂直軸にＳｉ試料の電
圧、水平軸に反応気体Ｏ2 の主流を示す。
【図６】図は、左垂直軸にＳｉ噴霧効率と比例するＳｉ
濃度、水平軸に反応気体Ｏ2 の主流、右垂直軸に反応気
体Ｏ2 の分圧、水平軸に反応気体Ｏ2 の主流を示してい
る。
濃度、水平軸に反応気体Ｏ2 の主流、右垂直軸に反応気
体Ｏ2 の分圧、水平軸に反応気体Ｏ2 の主流を示してい
る。
１０…真空室 １１…加工材運搬器 １２…支持器 １３…加工材 １４…試料 １６…電源 １８…暗室保護器 ２０…吸入装置 ２２…ＩＳＴ値検知器 ２４，２６…判定ユニット ２８…差別化ユニット
Claims (38)
- 【請求項１】 少なくとも一つの膜で少なくとも一つの
物体を被う成膜方法において、オーミック導電性の試料
が直流および重畳する交流を用いて作動するグロー放電
内で噴霧され、噴霧された試料が試料と加工材の間の空
間で気体と反応し、加工材に堆積し、成膜処理が金属モ
ードと反応モードの間の不安定な推移モードで実行さ
れ、前記膜は試料の素材よりも低い導電性を有する成膜
方法。 - 【請求項２】 無反応で堆積される試料素材の膜の膜堆
積に使用された噴霧エネルギーあたりの膜体積と、使用
された噴霧エネルギーあたりの膜の膜体積から決定され
るエネルギーとの比率が、比率＞１を満たすことを特徴
とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 交流が中間周波数帯域の５０Ｈｚから２
５０ｋＨｚ（両数値含む）の間の、とくに１０ｋＨｚか
ら２００ｋＨｚの間（両数値含む）の出力を支配するス
ペクトル部分を発生することを特徴とする、特許請求項
１ないし２の１つに記載の方法。 - 【請求項４】 前記処理が不安定な推移モードにおいて
制御系によって安定化されることを特徴とする、特許請
求項１から３までの１つに記載の方法。 - 【請求項５】 前記成膜処理が推移モードにおいて金属
モードに推移する近くで安定化することを特徴とする、
特許請求項１ないし４の１つに記載の方法。 - 【請求項６】 制御回路における調整値として直流信号
ないし交流信号の周波数ないし振幅が設定され、交流出
力に対する直流出力の比率ないし反応気体主流、その際
にＩＳＴ値検査が光学的方法で実行され、とくにプラズ
マ発光の吸収ないし放射ないし蛍光線観測によって、も
しくは放電インピーダンスもしくは気体分圧の検査によ
って実行され、さらにＢａｌｚｅｒｓ ＡＧ社により販
売されているＢａｌｚｅｒ／ＦＬのようなプラズマモニ
ターを用いて実行されることを特徴とする、請求項１な
いし５の１つに記載の方法。 - 【請求項７】 処理の作用点が測定技術によって、ＩＳ
Ｔ状態またはＩＳＴ値として検査され、ＳＯＬＬ状態ま
たはＳＯＬＬ値と比較され、比較結果に依存する少なく
とも一つの調整成分を介して処理に影響を及ぼすこと、
開かれた制御回路による増幅が実質的に１より大きく、
少なくとも妨害値の妨害値周波数までであり、妨害値は
処理に影響を及ぼしてその作用点を実質的に影響を及ぼ
すものであることを特徴とする請求項１ないし６の１つ
に記載の方法。 - 【請求項８】 成膜が追加的に後から反応されることを
特徴とする請求項２ないし７の１つに記載の方法。 - 【請求項９】 後からの反応が、気体中で追加的に供給
されるエネルギーである光及びその部分、イオンまたは
電子エネルギー、熱エネルギー、プラズマエネルギー、
マイクロ波ないしＨＦエネルギーによって支えられ、か
つ前記ないし１つのグロー放電内または外で実行される
ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記成膜すべき物体が静止状態に保た
れ、または少なくとも時間的に移動されることを特徴と
する請求項１ないし９の１つに記載の方法。 - 【請求項１１】 前記物体が回転軌道上を、交流の支配
的スペクトル部分より実質的に低い回転周波数、特に回
転周波数＜１Ｈｚを満たす回転周波数で動かされること
を特徴とする請求項１ないし１０の１つに記載の方法。 - 【請求項１２】 金属モードと反応モードの間で処理特
性曲線が交流部分によって制御され、とくに水平化され
ることを特徴とする、請求項１ないし１１の１つに記載
の方法。 - 【請求項１３】 前記交流部分が少なくとも２つの周波
数スペクトル曲線、または１つの一定のスペクトルを有
することを特徴とする、請求項１ないし１２の１つに記
載の方法。 - 【請求項１４】 前記交流部分が半導体を使用した発生
器によって発生されることを特徴とする請求項１ないし
１３の１つに記載の方法。 - 【請求項１５】 前記試料はＳｉ化合物試料であること
を特徴とする、請求項１ないし１４の１つに記載の方
法。 - 【請求項１６】 前記試料は、０．０１から１００Ωｃ
ｍ（両数値含む）の導電性を有し、特に０．０１から１
Ωｃｍ（両数値含む）の導電性を有することを特徴とす
る、請求項１ないし１５の１つに記載の方法。 - 【請求項１７】 前記試料が燐化合物試料、即ち、Ｓｉ
試料であり、単結晶状態で吸収または注入されることを
特徴とする、請求項１ないし１６の１つに記載の方法。 - 【請求項１８】 前記試料がＳｉまたはＡｌ試料であ
り、前記膜がＡＬ2 Ｏ 3 またはＳｉＯ2 またはＳｉ3 Ｎ
4 膜であることを特徴とする、請求項１ないし１７の１
つに記載の方法。 - 【請求項１９】 前記試料がＳｉ試料等の燐化合物であ
り、かつ前記膜がＳｉＯ2 であり、使用された金属噴霧
エネルギーに関して堆積されたＳｉ膜の膜体積と、使用
された噴霧エネルギーあたりの膜体積によって決定され
る前記エネルギーとの活用比率が、前記請求項８に記載
された後からの反応がない場合、活用比率＞１．２を満
たす値であることを特徴とする、請求項１ないし１８の
１つに記載の方法。 - 【請求項２０】 前記請求項１から１９の一つに記載さ
れた方法を実施するための成膜装置において、陰極に接
続され、オーミック導電性のある試料構成体（１２、１
４）と、陽極構成体（１０、１８）ならびに陽極および
陰極構成体を介して陽極構成体および陰極構成体間にグ
ロー放電を発生させる電源（１６）と、物体運搬器（１
１）ならびに加工材（１３）および試料構成体（１４）
間の空間Ａ内に手段（２２、２８、３２ａ）を介して期
待を供給する少なくとも一つの吸入構成体（２０、３
２）とを備え、前記手段は前記成膜処理を不安定な推移
モード内に保ち、その際に前記電源（１６）は重畳する
交流（ＡＣ）とともに直流（ＤＣ）を発生することを特
徴とする前記装置。 - 【請求項２１】 前記手段が処理のための高速制御回路
を備えていることを特徴とする、請求項２０に記載の装
置。 - 【請求項２２】 少なくとも一つの測定値検知器（２
２）が備えられ、この検知器が少なくとも一つの処理作
用点と関連する測定値を検知すること、前記検知器の出
力が比較ユニット（２８）に送られ、この比較ユニット
には条件ユニット（３０）から前記測定値に対応したＳ
ＯＬＬ値（Ｗ）が送られること、前記比較ユニット
（Δ）の前記出力が、前記処理作用点に影響を及ぼす調
整構成体（３２ａ）に制御するように作用すること、そ
して周波数に対する開かれた制御回路の増幅が実質的に
１より大きくなり、それによって作用点に影響を及ぼす
妨害値（Ｓ）が処理に介入することを特徴とする、請求
項２０に記載の装置。 - 【請求項２３】 前記電源（１６）が、中間周波数帯域
内の５０Ｈｚから２５０ｋＨｚまで（両数値含む）の、
とくに１０ｋＨｚから２００ｋＨｚまで（両数値含む）
の出力を支配するスペクトル部分を伴う交流（ＡＣ）を
発生することを特徴とする、請求項２０または２１に記
載の装置。 - 【請求項２４】 作動作用点を設定するための反応気体
に関する調整成分（１６、３２ａ）が、前記装置が不安
定な推移モード（ＵＭ）において作動するように設定さ
れていることを特徴とする、請求項２０ないし２３の１
つに記載の装置。 - 【請求項２５】 前記調整成分が、前記装置が金属モー
ド（ＭＭ）の近くにおいて作動するように設定されてい
ることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。 - 【請求項２６】 前記装置が成膜を実行し、その際、試
料素材から膜を形成するのに使用された噴霧エネルギー
に対する形成された膜の体積と、使用された噴霧エネル
ギーあたりの膜の体積によって決定されるエネルギーと
の活用比率が、活用比率＞１を満たすように前記調整成
分が設定されていること、その際、望ましくは前記試料
が実質的にＳｉからなる試料であること、気体導入口
（２０）がＯ2 貯蔵庫に連結されていること、発生する
ＳｉＯ2 膜が、エネルギー活用比率＞１．２を満たすエ
ネルギー活用比率を示すことを特徴とする、請求項２４
または２５の１つに記載の装置。 - 【請求項２７】 少なくとも一つの制御回路のＩＳＴ値
検知器として、光学的検知装置、とくに吸収装置、放射
装置、蛍光スペクトル線観測装置、プラズマ検知装置ま
たは光検知装置、放電インピーダンス測定装置、分圧測
定装置、販売上のプラズマモニター等が設けられている
ことを特徴とする、請求項２０ないし２９の１つに記載
の装置。 - 【請求項２８】 前記試料構成体（１２、１４）が燐化
合物試料、特にＳｉ試料を結晶状態または注ぎ込まれた
状態で含むことを特徴とする、請求項２０ないし２７の
１つに記載の装置。 - 【請求項２９】 前記制御回路に、直流信号ないし、交
流信号の出力ないし周波数ないし、直流および交流信号
の出力比率ないし、反応気体主流のための、少なくとも
一つの調整器（１６、３２ａ）が備えられていることを
特徴とする、請求項２０ないし２８の１つに記載の装
置。 - 【請求項３０】 前記交流部分が半導体発生器を介して
発生されることを特徴とする、請求項２０ないし２９の
１つに記載の装置。 - 【請求項３１】 前記運搬器は静止されているか、ある
いは時間的に作動されることを特徴とする、請求項２０
ないし３０の１つに記載の装置。 - 【請求項３２】 前記交流信号（ＡＣ）の出力を支配す
るスペクトル部分の周波数より実質的に低く、回転周波
数＜１を満たす回転周波数（ｗ）の回転推進力が前記運
搬器（１１）に作用することを特徴とする、請求項２０
ないし３１の１つに記載の装置。 - 【請求項３３】 さらにエネルギーを供給することによ
って、前記成膜を気体雰囲気下で後から反応させるた
め、前記陰極および陽極構成体から離された装置が備え
られていることを特徴とする請求項２０ないし３２の１
つに記載の装置。 - 【請求項３４】 前記装置には、イオン源又はＵＶ源又
はレーザー装置のような手段、プラズマ源、電子源、光
源、ＨＦまたはマイクロ波送出器のような熱源が設けら
れていることを特徴とする、請求項３３に記載の装置。 - 【請求項３５】 前記試料素材（１４）は、０．０１か
ら１００Ωｃｍ（両数値含む）までの導電性を有し、
０．０１から１Ωｃｍ（両数値含む）までの導電性を有
していることを特徴とする請求項２０ないし３３の１つ
に記載の装置。 - 【請求項３６】 少なくとも一つの膜で少なくとも一つ
の物体を被う成膜方法において、前記膜の導電性が試料
より低く、試料混入の影響を受ける処理不安定性を減少
するために燐化合物試料が試料（１２）として使用され
ていることを特徴とする方法。 - 【請求項３７】 化合物Ｓｉ試料が単結晶化されてい
る、または注ぎ込まれている、前記請求項３６に記載の
方法。 - 【請求項３８】 反応を用いたプラズマスパッタ成膜処
理において、金属モード（ＭＭ）と反応モード（ＲＭ）
間の推移を制御するための方法において、これらのモー
ド間の前記処理特性直線（ｓ＝Ｆ（ＰAC））がプラズマ
放電用の交流部分の調整によって設定されることを特徴
とする方法。
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