JPH07116596B2

JPH07116596B2 - 薄膜形成方法、及びその装置

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Publication number: JPH07116596B2
Application number: JP3359489A
Authority: JP
Inventors: 潔三宅
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH02213467A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、薄膜形成方法、及びその装置に係り、特に、
半導体，誘電体，金属，絶縁物，有機物等の薄膜を形成
するのに好適な薄膜形成方法、及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来，金属や誘電体材料の薄膜を作成するのにスパツタ
リング法を用いることが知られている。その方法は、
「薄膜ハンドブツク、日本学術振興会第131委員会編、
（オーム社、昭和58年12月）」中の171頁−195頁におい
て論じられているように、直流２極スパツタリングやバ
イアスパツタリング，高周波スパツタリングなど、さら
に高速成膜を目的としたマグネトロンスパツタリングな
ど多岐にわたつている。又、前記文献の190−191頁に記
載されているようなイオンビームスパツタ蒸着法も知ら
れている。

これらのすべての方法は、常温で固体状態にある物質を
イオンビーム、あるいはプラズマ中のイオンでスパツタ
する現象を利用している。したがつて、その成膜速度
は、固体状態にある物質のスパツタリング率で制約され
る。

一方、一酸化炭素やメタンなどのガスを冷却し、フアン
デアワールス力でそれらの分子どうしを結合させ、固化
物とした状態の物質をイオン照射によりスパツタリング
することが、例えば「デイソープシヨンインデユース
トバイエレクトロニツクトランジシヨン DIET
II（Desorption Induced by Electronic Transition DI
ET II）」（W.Brenig,D.Menzel編、シユプリンガー社
出版、1985年）中の170〜176頁において論じられてい
る。

この場合、照射イオン１個当りに、一酸化炭素やメタン
などのガスを固化状態とした物質が、スパツタリングに
より分解する原子や分子の数、いわゆるスパツタ率は、
約100−1000個であることが知られている。

また、ガスや固化物に集光したレーザ光を照射し、これ
らの物質に急速にエネルギーを与えてプラズマ状態と
し、そのプラズマ中で発生した粒子を用いて薄膜を形成
する方法が、特開昭63−177414号公報に示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術のうち、イオンやプラズマを用いたスパツ
タリング法は、すべて、常温で固体状態の物質をスパツ
タリングのターゲツト材として用い、前記「薄膜バンド
ブツク」171頁−179頁に示されているスパツタリング機
構により、ターゲツト材を分解・飛散させて、その飛散
スパツタ粒子により成膜を行う方式である。この場合、
スパツタターゲツトに入射するイオン１個あたりのター
ゲツトのスパツタ率は、１−10の値を持ち、その結果、
成膜速度は0.1−1nm/secと遅いという問題があつた。
又、成膜された成膜の純度は、原理的に、スパツタリン
グ用ターゲツトの純度より高くなることはなく、高純度
のスパツタリング用ターゲツトが入手できない場合に
は、不純物の混ざつた品質の劣る薄膜しか得られないと
言う問題があつた。

また、レーザ生成プラズマを用いた薄膜形成法では、プ
ラズマ粒子を発生させるメカニズムは、ターゲツトが光
子のエネルギーを吸収することによるものである。従つ
て、このようにして作られたプラズマ粒子の運動エネル
ギーは、ターゲツトが大きな運動量を有するイオン照射
を受けて作り出すスパツタ粒子の運動エネルギーに比べ
れば小さく、その為、形成された幕は、エネルギーの大
きなイオンの照射を受ける従来のスパツタリング法で形
成されたものに比べ、付着強度などの性質で劣る問題が
あつた。

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、高速で高純度，高品質の薄膜を形成するこ
とのできる薄膜形成方法、及びその装置を提供するにあ
る。

更に、本発明の他の目的とするところは、金属，誘電
体，有機物，半導体などのいかなる被加工物でも効率的
に加工できる加工方法、及び装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の第１目的は、真空中で、フアンデアワールス力、
あるいは水素結合力で原子、または分子が結合してでき
た物質からなるスパツタリング用ターゲツトにイオンビ
ームや電子ビーム，プラズマ等の粒子線を照射して該タ
ーゲツトのスパツタリングを起こさせ、発生したスパツ
タ粒子を空間中を飛行させ、基板に照射することによつ
て基板上に所望の薄膜を形成することにより達成され
る。

更に、上記した他の目的は、上述の如くの物質から成る
ターゲツトをスパツタすることで発生するスパツタ粒子
を基板に照射することによつて、金属，誘電体，有機
物，半導体などの所望の基板を加工することにより達成
される。

〔作用〕

本発明においては、スパツタリングターゲツトが、通
常、常温・常圧下では気体であつたり液体状態にある物
質を、融点以下に冷却するなどの方法により固化させた
ものをスパツタリング用のターゲツトとして使用する。
つまり、従来のスパツタ蒸着法においては、常温・常圧
下において、金属結合やイオン結合、あるいは共有結合
により、原子・分子が互いに強く結合している物質をス
パツタリング用ターゲツトに用いていたので、スパツタ
率が小さかつたのに対して、本発明においては、フアン
デアワールス力、あるいは水素結合力で弱く結合した状
態にある物質をスパツタリング用ターゲツトとして用い
ることで、ターゲツトにイオン照射を行つた時のスパツ
タリング機構が異なり、１個のイオン当りのスパツタ粒
子の数が約100から1000個程度と大きく、そのため高速
の成膜が可能となる。

又、上述した作用を利用して、金属，誘電体，有機物，
半導体などの基板材料を加工すれば、その加工が効果的
となる。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

（実施例その１）第１図は、金属チタン薄膜をガラス基板上に形成するの
に本発明を適用した場合の装置構成図を示す。

該図の如く、真空容器７には、金属チタンの原料となる
四塩化チタンを導入するガス導入管８と、四塩化チタン
を固化させるための冷凍器ヘツド９と、ガラス基板10を
取り付けた基板ホルダー11、並びにイオン源12とが配置
される。まず、真空容器７内を真空ポンプ（図示せず）
により１×10^-7Torrまで真空排気し、その後、冷凍基ヘ
ツド９の温度を室温より四塩化チタンの融点である−25
℃以下の−50℃まで冷却保持する。次に、ガス導入孔８
より四塩化チタンの蒸気を毎分2ccの割合で冷凍器ヘツ
ド９に吹き付け、５分間で四塩化チタンの固化層13を形
成する。その大きさは、直径約100mm,厚さ4mmである。

一方、基板加熱用ヒータ14により、直径が150mm,厚さ1m
mのガラス基板10を200℃まで加熱し保持し、その後、イ
オン源用ガス導入孔15よりアルゴンガスを流量0.5cc/分
で導入し、イオン源12を動作させ、加速エネルギー3keV
でアルゴンイオンビーム16を四塩化チタンの固化層13に
照射する。このときのアルゴンイオン電流量は1mAであ
る。

上記のアルゴンイオン照射を10分間行つた結果、四塩化
チタンの固化層13はアルゴンイオンによるスパツタ作用
を受けて、その厚さが1mmに減少した。これと同時に、2
00℃に加熱されたガラス基板10上には、金属光沢をした
薄膜17が形成された。

このガラス基板10上に形成された金属光沢をした薄膜17
をオージエ分析したところ、チタンの存在を示すスペク
トルが得られた。この金属膜中の不純物はオージエ分析
の検出限界以下で、わずかに炭素が表面、及びチタン膜
とガラス基板との間の界面に存在するだけで、四塩化チ
タンに起因すると思われる塩素は検出されなかつた。
又、タリステツプ法による段差測定では、このチタン膜
厚が0.6μｍであることが判つた。

本実施例においては、四塩化チタンを用いてチタン薄膜
を形成したが、他の金属，半導体においても、それらの
元素を含み、常温，常圧化で液体、または気体状の物質
を融点以下に冷却し、フアンデアワールス力で結合した
固化層を作り、本実施例と同様の方法で、如何なる金属
・半導体等の薄膜を作成することが可能である。

（実施例その２）第２図はチタンシリサイド合金膜を作成するのに本発明
を適用した場合の装置構成図を示す。

該図の如く、真空容器20を真空ポンプ（図示せず）によ
り、１×10^-7Torrまで真空排気したのちに、冷凍器ヘツ
ド21を−90℃に保持し、該冷凍器ヘツド21に２つのガス
導入孔22,23より四塩化チタン（融点：−25℃）、四塩
化シリコン（融点：−70℃）をそれぞれ3ccずつ導入
し、冷凍器ヘツド21上に四塩化チタンと四塩化シリコン
の混合した固化層24を形成した。このとき固化層の大き
さは、直径が40mm,厚さが約3mmである。

次に、イオン源25にガス導入孔26よりネオンガスを導入
し、加速電圧1keVでネオンイオンビーム27を引き出し、
上記の固化層24に照射した。これと同時に、直径が３イ
ンチのシリコンウエハー基板28を真空容器20内に配置
し、ヒーター29により300℃に加熱保持した。

ネオンイオンビーム照射を10分間行つた結果、固化層24
の厚みは1mmに減少すると共に、シリコンウエハー基板2
8上に薄膜19が堆積した。この薄膜19の厚みをタリステ
ツプ法で測定したところ700nmであつた。また、別置の
ラザフオード後方イオン散乱装置により、上記薄膜19の
元素組成分析を行つたところ、チタン対シリコンが2:1
の割合であることが判明した。又、この薄膜19の電気抵
抗値も同時蒸着法で作成したチタンシリサイド膜の電気
抵抗値とほぼ同等であつた。

本実施例においては、四塩化チタンと四塩化シリコンの
２種のガスの混合固化層をイオンスパツタしてチタンシ
リサイドという２元の合金を作成したが、本実施例は必
ずしも２種のガスに限定したものではなく、複数のガス
導入孔を備え、複数のガス種の混合固化層をイオンスパ
ツタして、多元の構成元素からなる各種の薄膜を作成す
ることにも適用することができる。

（実施例その３）融点が大幅に異なる複数の物質を原材料として、多元物
質、あるいは多層薄膜を作成するために本発明を適用し
た場合の装置構成図を第３図に示す。

本実施例においては、CF₄（融点：−184℃）とWF₆（融
点:2.3℃）とを用いて、カーボンとタングステンの多層
膜を作成する。

１×10^-7Torrまで真空排気した真空容器30内に実施例そ
の１で用いたのと同様の２個の冷却ヘツド31,32、２個
のガス導入孔33,34、２個のイオン源35,36、及び、直径
３インチのシリコンウエハー基板37を配置した。このシ
リコンウエハー基板37はヒータ38により400℃に加熱・
保持される。

冷却ヘツド31,32の温度をそれぞれ−200℃，−10℃に限
定し、ガス導入孔33,34より、それぞれCF₄,WF₆ガスを各
々4ccずつ導入し、CF₄固化層39とWF₆固化層40とをそれ
ぞれ形成した。

上記の２つの固化層39,40にそれぞれイオン源53,36から
ネオンイオンビーム41,42を10秒間隔で50回、CF₄固化層
39とWF₆固化層40に照射した。その結果、シリコンウエ
ハー基板37には、第４図に示すようにカーボン44とタン
グステン45から成る多層膜43を形成することができた。
カーボン膜44とタングステン膜45の厚みはそれぞれ1nm,
3nmであつた。このようにして作成したカーボンとタン
グステンの多層膜43は、軸Ｘ線用ミラーとして使用する
ことができる。

本実施例においては、２個の固化層形成、およびスパツ
タ機構を備えて、二元の多層膜を形成したが、本実施例
は二元の多層膜だけに限定したものではなく、２つ以上
の複数個の固化層形成・スパツタ機構を配備して、多元
の複雑な構造の多層膜・合金膜などを形成するのにも適
用することができる。

（実施例その４）第５図は実施例その１で示した薄膜形成法において、よ
り高品質の薄膜を形成するために、基板表面にイオンビ
ームや電子ビーム、あるいはラジカルビームなどの励起
ビームを薄膜形成時に同時に照射する装置構成図を示し
たものである。

本実施例の構成は、第１図と同じものに基板照射用のイ
オン源50を付加したものである。

次に、その作用について説明する。真空容器51を１×10
^-7Torrまで排気したのち、冷却ヘツド52を−50℃まで冷
却し、ガス導入孔53よりSiCl₄ガスを5cc流入し、冷却器
ヘツド52上に大きさが直径40mm×厚さ4mmのSiCl₄ガスの
固化層54を形成し、その後、直径が100mm,厚さ1mmのガ
ラス基板55をヒータ56にて200℃に加熱した。第１のイ
オン源57にアルゴンガスを導入し、加速エネルギー1keV
でアルゴンイオンビーム58をSiCl₄固化層54に10分間照
射するとともに、同時に、第２のイオン源50にもアルゴ
ンガスを導入し、加速エネルギー1500eVでガラス基板55
表面に照射した。その結果、第１のアルゴンイオンビー
ム照射で固化層54よりスパツタされてガラス基板55表面
に到達したSiCl₃,SiCl₂,SiCl等の反応中間生成物粒子59
は、基板の加熱効果と基板表面へのイオン衝撃効果で、
さらに表面分解反応が促進され、シリコン膜の60の堆積
が増速された。

ガラス基板55上に堆積したシリコン膜60中の不純物を、
二次イオン質量分析法で測定したところ、塩素量は検出
限界以下で、シリコンの同位体ピークしか観測されなか
つた。また。得られた多結晶シリコン膜の膜厚は１μｍ
であり、第２のイオンビームを照射しなかつた場合と比
べ大きな成膜速度がえられた。

本実施例においては、基板表面での成膜反応を増速させ
るためにアルゴンイオン照射を行つたが、それ以外に
も、所望の薄膜の性質によつては、電子ビームを基板表
面に照射したり、水素などのラジカル粒子を照射した
り、エキシマレーザ光などの光を照射して、成膜反応を
増速させることができる。

又、本実施例で用いたアルゴンイオンビームの代わり
に、窒素イオンビームを基板表面に照射し、基板表面で
化学反応を起こさせ、窒化シリコン膜を作ることも可能
であり、また、酸素イオンビームを基板表面に照射し
て、酸化シリコン膜を作る表面反応を起こすことも可能
である。

（実施例その５）第６図は分子線蒸着装置を用いて鉄の窒化物を作成する
のに本発明を実施した場合の装置構成を示したものであ
る。

該図に示す如く、２×10^-10Torrまで真空排気された分
子線蒸着装置の真空容器61において、70Kまで冷却した
冷却ヘツド62に、ガス導入孔63より融点が77Kの窒素ガ
スを10cc導入した。そして、冷却ヘツド62上に、直径30
mm,厚さ5mmの大きさの窒素の固化層64を作り、これと同
時に、イオン源65にヘリウムガス66を導入し、加速エネ
ルギー1keVで該窒化固化層64をスパツタし、スパツタ窒
素粒子67を発生させた。又、純度5Nの純鉄のペレツトを
入れた電子ビーム蒸着源68を作動させ、鉄の蒸気69を発
生させた。

このようにして発生した窒素のスパツタ粒子67と、鉄の
蒸気69がヒータ70で加熱されて、300℃に保たれたGaAs
（001）結晶基板71に照射されるようにして、シヤツタ
ー72,73を各々、１秒ずつ交互に開閉した。10分間の照
射の後、GaAs結晶基板71を真空容器61より取り出して、
Ｘ線回折法とオージエ元素分析法とにより堆積した箔74
の組成，構造を分析したところ、GaAs結晶表面にエピタ
キシヤル成長した鉄の窒化膜であることが判明した。そ
して、膜厚は20nmで、その構造はFe₁₆N₂であつた。

このように、分子線蒸着装置を用いて、その中に本実施
例のスパツタ粒子発生部分を組み込むことで、従来の分
子線蒸着法だけではできない蒸着法をも実現することが
できる。

（実施例その６）第７図はクラスターイオンビーム蒸着装置を用いて、金
属を分散させた有機薄膜を作成するのに、本発明を用い
た場合の装置構成図を示したものである。

該図に示す如く、２×10^-7Torrまで真空排気されたクラ
スターイオンビーム蒸着装置の真空容器80において、−
120℃に冷却された冷却ヘツド81を配置し、その上に融
点が−93.46℃のメチルアミン（CH₃−NH₂）の固化層82
を形成した。その大きさは直径5cm,厚さが5mmであつ
た。

そして、該固化層82に、イオン源83より加速エネルギー
3keV,電流量100μＡのヘリウムイオンビーム84を照射
し、スパツタ粒子85を発生させ、基板86上に照射した。
と同時に、真空容器80内に配置した金のクラスターイオ
ン発生部87より金のクラスターイオン88を発生させ、加
速電圧8keVで加速して、基板86に照射した。基板86とし
ては、大きさが100mm×100mmで厚さが10μｍのフレキシ
ブルポリイミドフイルムに銅の薄膜を厚さ100nm蒸着し
たものを使用した。

上記のスパツタ粒子85の照射と、金のクラスターイオン
88との同時照射を10分間行つたのち、フレキシブルポリ
イミドフイルム基板86を真空容器80より取り出してみた
ころ、一様に金を分散含有し、アミノ基を有するＣ−Ｎ
−Ｈ系の有機薄膜89が厚さ400nmで形成されており、そ
の抵抗値は、空気中の水分の量に非常に敏感に変化し、
10^-10ohm.cm〜10^-1ohm.cmと変化した。

このように、クラスターイオンビーム蒸着装置などを用
いて、その中に本実施例のスパツタ粒子発生部分を組み
込むことで新しい物質の薄膜を形成することができる。

（実施例その７）第８図は高周波２極スパツタ装置に本発明を適用し、立
方晶系ボロンナイトライド薄膜を作成する場合の装置構
成図を示したものである。

該図に示す如く、２×10^-7Torrまで真空排気された真空
容器90内におかれた平行平板型高周波スパツタ電極にお
いて、周波数が13.56MHzの高周波電圧が印加される上部
電極91に冷凍器92を接続し、電極表面の温度を−150℃
に冷却した。そして、ガス導入孔93よりアンモニアガス
（融点：−77.7℃）と三フツ化ボロン（融点：−127
℃）とアルゴンガス（融点：−189.2℃）をそれぞれ毎
分5cc/分、10cc/分,10cc/分ずつ導入し、該上部電極91
の表面に厚さ約5mmのこれら混合ガスの固化層94を形成
した。

下部の接地電極95には、大きさが直径３インチのシリコ
ンウエハー基板96を配置した。

上記の条件で、真空容器90内のガス圧力を３×10^-4Torr
に保ちながら、高周波電圧を200W印加し、アルゴン放電
を10分間行つた。その後、シリコン基板上に堆積した厚
さ400nmの薄膜97をＸ線回折法により測定したところ、
立方晶構造をもつボロンナイトライドであることが判明
した。その硬度は、ビツカース硬度で2000であつた。

本実施例では、二極の高周波スパツタ装置の電極部分に
凝縮ガス固化層を形成する方法をとつたが、本実施例
は、三極スパツタ装置やマグネトロンスパツタ装置など
他のスパツタ装置に適用することも可能である。

（実施例その８）本実施例は、凝縮ガスの固化層を一様に作成するための
装置を示すものである。第９図（ａ）に示すごとく、真
空容器100内で、直径10cmの銅製の冷却ホルダー101を冷
却器ヘツド102に接続するとき、冷却ホルダー101表面上
の温度が中心部で−60℃、周辺部分で−40℃となるよう
に、スペーサー103をはさみ、冷却ホルダー101に近傍
に、円周上に直径が0.1mmの小穴を400個開けたガス導入
孔104を配置した。その結果、冷却時の冷却ホルダー表
面の径方向温度分布は第９図（ｂ）に示すように、中心
部分で温度が低く、ガス導入孔104に近い周辺部で高い
ようになる。流量が2cc/分で四塩化チタンガスを導入
し、直径が10cmの銅製の冷却ホルダー101表面には、厚
さが4mmの四塩化チタンの固化層105が、第９図（ｃ）に
示すように一様に形成され、その膜厚分布は５％以内で
あつた。

このように、冷却ホルダー表面の温度分布を、ガス導入
孔より遠い部分の方を近い部分の温度よりも、より低い
温度とするような温度制御をすることにより、いかなる
ガスに対しても均一な厚さの固化層を作成することがで
きる。

（実施例その９）第10図は、本発明において用いられる均一に薄膜を形成
するための冷却ターゲツトの構成を示したものである。

該図に示す如く、真空容器110内において、固化層118を
堆積させる直径8cmの冷却ターゲツト112を軸受けにより
回転できる構造とし、この回転式冷却ターゲツト112と
冷凍器ヘツド113との間は、熱伝導率の大きさな銅の細
線114を束ねたものでお互い接触させる構造とした。冷
凍器ヘツド112を−80℃に保ち、回転式冷却ターゲツト1
12を毎分１回転の早さで回転したところ、冷却ターゲツ
ト112表面の温度は−50℃になつた。

上記の条件で、冷却ターゲツト112外周近傍に配置した
ガス導入孔115より、四塩化チタンガスを流量0.5cc/分
で回転式冷却ターゲツト112に供給し、か、真空容器110
に取り付けたイオン源116より引き出したヘリウムイオ
ンビーム117を加速電圧1kVで回転ターゲツト112上に形
成された四塩化チタン固化層118をスパツタして、真空
容器110内におかれた大きさが直径100mmのガラス基板11
9上にチタン金属膜120を形成したところ、その膜厚のば
らつきは３％以内であつた。

本実施例においては、冷却ターゲツト112が一定速度で
回転しているため、ヘリウムイオンビーム117でスパツ
タされても、固化層118は常に定常的に形成されるた
め、固化層118よりのスパツタ粒子の発生条件が時間的
に一定となり、均一な薄膜を形成することができる。

本実施例においては、冷却ターゲツト112をガス導入孔1
15,イオンビーム117に対して、回転させる方法をとつた
が、同様な効果は、冷却ターゲツト112をガス導入孔115
やイオンビーム117に対し、直線往復運動をさせるなど
の手段により、相対的に移動させることによつてもうる
ことができる。

（実施例その10）第11図は大面積の基板に均一に薄膜を形成するために、
大面積の凝縮ガス固化層表面をスパツタするイオンビー
ムの照射位置を時間的に操作する方法の原理を示して構
成図である。

−50℃に保たれた、一辺40cm角の冷却ターゲツト126表
面上に四塩化チタンの固化層121を厚さ5mm生成し、その
表面に、イオン源127より引き出したヘリウムイオンビ
ーム122を走査電極123で電気的に２次元的に操作し、固
化層121のうち30cm角の領域を照射した。その結果、30c
m×30cm×1mmのガラス基板124上に、一様に薄膜500mmの
チタン金属膜125を形成させることができた。

本実施例においては、電気的方法によりイオンビームを
走査したが、機械的な方法などの手段によりイオンビー
ムの走査を行うことも可能である。又、薄膜を形成すべ
き基板を、冷却ターゲツトに対し相対的に運動させて、
大面積領域に均一な薄膜を作成することも可能である。

（実施例その11）第12図は六フツ化硫黄の固化層をイオンビームでスパツ
タリングしてシリコン半導体を加工するのに、本発明を
適用した場合の装置構成図を示す。

該図に示す如く、真空容器130を真空ポンプにより１×1
0^-7Torrまで真空排気したのちに、冷凍器ヘツド131を−
100℃に保持し、該冷凍器ヘツド131にガス導入孔132に
より六フツ化硫黄（融点：−50.8℃）を3cc導入し、冷
凍器ヘツド131上に六フツ化硫黄の固化層133を形成し
た。このときの固化層の大きさは、直径が40mm,厚さが
約5mmであつた。

次にイオン源134にガス導入孔135によりアルゴンガスを
導入し、加速電圧1keVでアルゴンイオンビーム136を引
き出し、上記の固化層133に照射し、スパツタ粒子であ
るF,SF,SF₂,SF₃,SF₄,SF₅等のラジカル137を発生させ
た。

フオトレジストマスク138でパターニングされた直径が
３インチのシリコンウエハー基板139を真空容器130内に
配置し、その表面に上記スパツタラジカル13710分間照
射した。この結果、固化層133の厚みは1mmに減少すると
共に、シリコンウエハー基板135表面のフオトレジスト
マスク138で覆われていないところは、２μｍの深さま
でエツチング加工された。

本実施例においては、六フツ化硫黄ガスの固化層をイオ
ンスパツタしてシリコン半導体を加工したが、本発明に
おいてはハロゲン原子などのように被加工物と化学的に
反応するラジカル種を発生することのできる固化層を用
いれば、いかなる被化合物でも加工することができる。

（実施例その12）第13図は、薄膜を形成するための真空容器150とは別の
場所で、四塩化チタンの固化物質を形成させ、この固化
状態の四塩化チタン物質を、薄膜を形成するための真空
容器150内に導入して、本発明の方法でチタン薄膜を形
成するための装置を示したものである。

該図の如く、真空容器150は、ゲートバルブ151を介し
て、別の真空容器152と接続されている。真空容器150に
は、四塩化チタンの固化物質153を貯えるためのターゲ
ツトホルダー154と、イオン源155,チタン薄膜156を形成
すべきガラス基板157とが配置されている。

真空容器152には、四塩化チタンの入つたボンベ158と、
ガスリークバルブ159,ガス導入管160,冷凍器161,固化物
質搬送ヘツド162がとりつけられている。

真空容器152を、１×10^-6Torrまで真空排気したのち
に、冷凍器161を作動させ、冷凍器ヘツドの温度を−50
℃とした。次に、ガスリークバルブ159を開け、真空容
器152内に、四塩化チタンガスを導入し、真空容器152内
の圧力を１×10^-2Torrとした。30分間ののち、ガスリー
クバルブ159を閉めると、冷凍器ヘツド161上には、厚さ
が約5mmの四塩化チタンの固化物163が形成されており、
かつ、真空度は１×10^-6Torrにもどつていた。

この時、ゲートバルブ151は閉じており真空容器150は、
別の真空ポンプにより１×10^-9Torr迄排気しておいた。

次に、固化物質搬送ヘツド162を用い、四塩化チタンの
固化物163の小片を約3mm削りとり、ゲートバルブ151を
開いて、上記小片を、ターゲツトホルダー154上に搬送
した。

固化物質搬送ヘツド162を真空容器152内に戻し、ゲート
バルブ151を閉じ、再び、同じように、冷凍器ヘツド161
上に四塩化チタンの固化物質を形成させた。そして、上
記の操作を10回くり返し、この四塩化チタンの固化物質
の小片をターゲツトホルダー154上に10個堆積させた。

実施例その１に示したものと同様な方法により、真空容
器150内にアルゴンガスを導入し、イオン源155より発生
した、加速エネルギー3keVのアルゴンイオンビームで、
四塩化チタンの固化物質をスパツタして、ガラス基板15
7上に、厚さ0.6μｍのチタン薄膜156を得ることができ
た。

この方法によれば、真空容器150内には、固化状態とな
つた四塩化チタンが導入されるのみで、真空容器150内
の壁面に四塩化チタンガスが吸着することが少なく、真
空容器150内の真空度は、常に低く保つことができる。
したがつて、真空容器150を常に清浄に保つことがで
き、そのため形成される膜質が向上するという特徴をも
つ。また、真空容器150の寿命も長い。

（実施例その13）第14図は、原料物質を冷凍器により冷却して、フアンデ
アワールス力で結合した状態の物質を作る時、冷凍器の
温度を段階的に下げ、あらかじめ、真空容器内に残存す
るガスのうち、膜中にとり込みたくない成分を、第１の
冷却過程でまず固化させ、そのうちに、原料物質を冷凍
器ヘツドに導入して、原料ガスの固化層を作るための装
置構成を、第15図はその時の冷凍器ヘツドの温度変化を
示したものである。

該図に示す実施例の原料物質としては、実施例１と同じ
く融点が−25℃の四塩化チタンをえらんだ。

第14図に示すように、真空容器170において、ガスヘリ
ウムの断熱膨張現象を利用した冷凍能力5Wのガスヘリウ
ム冷凍器17の冷凍器ヘツド172に、0.2mmφのエナメル線
のヒーター173をつないだ。ヒーター173はヒーターコン
トロール電源174により通電され、冷凍器ヘツド172を加
熱する構造とした。この冷凍器ヘツド172には、クロメ
ル・アルメル線を用いて熱電対175をとりつけ、その起
電力をもとにして、ヒーターコントロール電極174の出
力パワーを制御し、一定の冷凍器出力との差で、冷凍器
ヘツド172の温度を制御する。

次に、その具体的な方法について説明する。

まず、真空容器170内において、冷凍器171を働かせると
ともに、ヒーター173に0.2Aの電流を通電し、冷凍器ヘ
ツド172の温度を第15図に示すように、常温（25℃）よ
り10分間で−10℃まで変化させ、−10℃の状態で１時間
保持した。

その間、冷凍器ヘツド172の表面には、真空容器170内に
残存する水などの残留ガス成分が吸着，凍りつき、第16
図に示すように、第１の固化層176を作つた。

次に、冷凍器出力を同じ状態で、ヒーター通電電流を0.
1Aに下げ、冷凍器ヘツド172の温度を、第15図に示すよ
うに、10分ののちに−10℃より−50℃に低下させた。そ
の後、−50℃に保ちながら、ガス導入孔177より、四塩
化チタンガスを毎分2ccの割合で30分間導入し、第１の
固化層176の周囲に、平均厚さ8mmの四塩化チタンの固化
層178を形成した。

このように形成した四塩化チタンの固化層178のみをス
パツタリングするように、加速エネルギー3keVのアルゴ
ンイオンビーム179を10分間照射して基板180上に、実施
例１と同じ要領で、厚さ500nmの金属チタン膜181を形成
した。

その結果、形成された金属チタン膜の光反射率は、実施
例１の場合にくらべ、10％も大きかつた。又、本実施例
のごとく、原料物質を導入する前に、冷凍器ヘツド173
の温度、あるいは真空容器170内に、冷却パネルをもう
け、それらの温度を、真空容器170内の水などの残留ガ
ス成分を吸着，トラツプすることにより、これらの不純
物ガスの混入の少ない薄膜を形成することができる。

（実施例その14）第17図は、固化物質から蒸発したガスを、吸着，トラツ
プするための冷却パネルを真空容器内に備え、高品質の
薄膜の形成を容易とする薄膜形成装置の概略を示す。

該図において、真空容器190内には、冷凍器ヘツド191,
イオン源192,加熱機構付基板193、及びガス導入孔194を
備えている。

そして、これらの周囲には、液体窒素195を入れた冷却
トラツプ196を配置し、その温度を80Kとした。

その結果、第18図に詳細に示すように、原料ガス（四塩
化チタンなど）の固化凝結層197は、イオンビーム198の
照射により、四方八方にスパツタ粒子199や、蒸発粒子2
00を発生させる。このうち、基板193に到達しない粒子
は、冷却トラツプ196の表面に再び凝結、固化してとら
えられ、再び基板193に到達することはない。

この冷却トラツプ196のトラツプ作用のおかげで、基板1
93の表面には、一度、真空容器190内壁などで反射した
粒子が再び到達することは極端に抑制することができ、
基板193上に形成した膜質の制御が容易となつた。

（実施例その15）第19図は、真空容器210内に、冷凍器ヘツド211,212、ガ
ス導入孔213,214、イオン源215,216を各々２個ずつ備
え、基板217上に多層薄膜を形成する装置の例を示す。

該図において冷凍器ヘツド211,212の温度を、各々四塩
化シリコン（SiCl₄），四塩化ゲルマニウム（GeCl₄）の
融点以下の−100℃に冷却し、ガス導入孔213,214より、
上記ガスを独立に導入し、それぞれ、四塩化シリコン，
四塩化ゲルマニウムの固化層218,219を作成した。

そして、第20図（ａ），（ｂ）に示すように、イオン源
215,216の動作時間を変化させ、交互に10秒間ずつ、Ar
（アルゴン）イオンビームを、各々、固化層218,219に
照射して、固化層218,219のスパツタリングを、間欠的
におこなつた。

この結果、基板217上には、シリコンを含んだスパツタ
粒子220と、ゲルマニウムを含んだスパツタ粒子221とが
交互にふりつもることとなり、200℃に加熱されたガラ
ス基板217の上には、膜厚が5nmのSiとGeの極薄積層薄膜
が形成された。

この場合、２個のイオン源215,216を交互に点火させた
が、イオン源215,216の動作は連続的にしておいて、イ
オンビーム引き出し電圧のみをパルス的に制御する方法
でもよい。

また、第21図に示すように、１台のイオン源225より引
き出したイオンビーム226を、電磁的走査部227の切り換
えで、固化層218,219へ照射する時間を時間的に変化さ
せるのも有効である。

又、第22図（ａ），（ｂ）に示すように、イオン源215
と216のタイミングを一部分重複させることにより、Si
−Si_xGe_{1_x}−Ge−Ge_xSi_{1_x}−Si（０≦ｘ≦１）のよう
に、組成を連続的に制御することも容易である。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、真空中でフアンデアワー
ルス力、あるいは水素結合力で原子、または原子が結合
してできた物質からなるスパツタリング用ターゲツトに
イオンビームや電子ビーム，プラズマ等の粒子線を照射
して該ターゲツトのスパツタリングを起こさせ、発生し
たスパツタ粒子を空間中に飛行させ、基板に照射するこ
とによつて基板上に所望の薄膜を形成するのであるか
ら、フアンデアワールス力や水素結合力という弱い結合
エネルギーで結合した凝縮ガスの物質をイオンやプラズ
マなどで高速にスパツタして分解・飛散させることがで
きるので、高速で高純度，高品質の成膜を行うのに効果
がある。

更に、上述の如くの物質から成るターゲツトをスパツタ
することで発生するスパツタ粒子を基板に照射すること
によつて、金属，誘電体，有機物，半導体などを所望の
基板を効率的に加工することができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属チタン薄膜を形成するのに本発明を適用し
た場合の装置構成を示す図、第２図はチタンシリサイド
を作成するのに本発明を適用した場合の装置構成を示す
図、第３図はタングステンとカーボンの極薄多層薄膜を
作成するのに、本発明を適用した場合の装置構成を示す
図、第４図は形成されたタングステンとカーボンの極薄
多層薄膜の断面図、第５図は成膜反応増速用の基板への
イオン照射装置をとりつけた装置構成を示す図、第６図
は本発明を分子線蒸着法と組み合わせたときの装置構成
を示す図、第７図は本発明をクラスターイオンビーム蒸
着法と組み合わせたときの装置構成を示す図、第８図は
本発明を高周波２極スパツタ蒸着法と組み合わせたとき
の装置構成を示す図、第９図（ａ）は均一な成膜を行う
ための、冷却ターゲツト部分の装置構成を示す図、第９
図（ｂ）はその冷却ターゲツトの径方向温度分布を示す
特性図、第９図（ｃ）は冷却ターゲツト近傍の詳細を示
す断面図、第10図は均一な成膜を行うための冷却ターゲ
ツト部分の装置構成を示す図、第11図は大面積の基板に
均一な成膜を行うための、冷却ターゲツトスパツタ法の
原理図、第12図はシリコン半導体をエツチング加工する
ために本発明を適用したときの装置構成を示す図、第13
図は薄膜を形成する容器とは別の場所で固化物質を形成
し、これを容器内に導入して薄膜を形成する場合に適用
した場合の装置構成を示す図、第14図はフアンデアワー
ルス力で結合した状態の物質を作る時、容器内に残存す
るガスのうち、膜中にとり込みたくない成分をまず固化
させ、その後に、原料ガスの固化層を作る場合の装置構
成を示す図、第15図はその時の冷凍器ヘツドの温度変化
を示した特性図、第16図は第14図の冷凍器ヘツド上の固
化層の詳細を示す図、第17図は固化物質から蒸発したガ
スを吸着・トラツプするための冷却パネルを真空容器内
に設けた装置構成を示す図、第18図は第17図の冷凍器ヘ
ツド部分の詳細を示す図、第19図は多層薄膜を形成する
装置構成を示す図、第20図（ａ），（ｂ）は、それぞれ
異なるイオン源の動作タイミングを示す図、第21図はイ
オンビームを電磁的走査部の切り換えで固化層へ照射す
る時間を変化させた例を示す装置構成図、第22図
（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なるイオン源の動作タイミ
ングの他の例を示す図である。 7,20,30,51,61,80,90,100,110,130……真空容器、8,10,
119,124……ガラス基板、9,21,102,113,131……冷凍器
ヘツド、11……基板ホルダー、12,25,35,36,50,57,65,8
3,116,127,134……イオン源、13……四塩化チタンの固
化層、14,29,38,56,70……基板加熱ヒータ、15……イオ
ン源用ガス導入孔、16,58,136……アルゴンイオンビー
ム、17,19,74,97……薄膜、22,23,26,33,34,53,63,93,1
04,115,132,135……ガス導入孔、24,54,82,94,111,121,
133……固化層、27,41,42……ネオンイオンビーム、28,
37……シリコンウエハー、31,32,52,62,81……冷却ヘツ
ド、39……CF₄固化層、40……WF₆固化層、43……多層
膜、44……カーボン膜、45……タングステン膜、55,86
……基板、59……反応中間生成物、60……シリコン膜、
64……窒素の固化層、66……ヘリウムガス、67……スパ
ツタ窒素粒子、68……電子ビーム蒸発源、69……鉄蒸
気、71……GaAs結晶基板、72,73……シヤツタ、84,117,
122……ヘリウムイオンビーム、85……スパツタ粒子、8
7……クラスターイオン発生部、88……金のクラスター
イオン、89……有機薄膜、91……上部電極、92……冷凍
器、95……接地電極、96,139……シリコンウエハー基
板、101……冷却ホルダー、103……スペーサー、112,12
6……冷却ターゲツト、114……銅の細線、118……四塩
化チタン固化層、120,125……チタン金属膜、123……走
査電極、137……ラジカル、138……フオトレジストマス
ク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フアンデアワールス力、あるいは水素結合
力で結合した原子、あるいは分子からなる原料物質にイ
オンビームや電子ビーム、あるいはプラズマなどの粒子
線を照射して、前記原料物質からスパツタ作用により発
生した粒子を基板に照射し、該基板に前記原料物質の少
なくとも一部を構成要素とする薄膜を形成することを特
徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】常温常圧下で液体、あるいは気体状の薄膜
原料物質の融点以下の温度に保持されたターゲツト上に
前記原料物質を吸着、あるいは吸蔵させることにより、
該フアンデアワールス力、あるいは水素結合力で結合し
た状態を作りだし、このターゲツトのフアンデアワール
ス力結合、あるいは水素結合力状態物質にイオンビーム
や電子ビーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射し
てスパツタし、このスパツタすることで発生するスパツ
タ粒子を基板上に照射し、該基板に薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法。
【請求項３】前記スパツタ作用により発生した粒子の少
なくとも一部を空間中で電子衝撃、又はレーザ光照射手
段によりイオン化し、このイオンを少なくとも一部含め
るか、又は前記スパツタ粒子との両者を基板に照射して
薄膜を形成することを特徴とする請求項１、又は２記載
の薄膜形成方法。
【請求項４】薄膜原料物質となるガス、あるいは液体状
物質を融点以下の温度に保持されたターゲツトに接触さ
せ、該ターゲツト上に原料物質のフアンデアワールス力
結合層を形成し、該フアンデアワールス力結合層からな
る原料物質をイオンビームでスパツタし、このスパツタ
することで発生するスパツタ粒子を表面状態が制御可能
な基板に照射して前記原料物質の少なくとも一部を構成
要素とする薄膜を基板上に形成することを特徴とする薄
膜形成方法。
【請求項５】薄膜原料物質となる常温，常圧下で気体、
あるいは液体状物質を真空中に導入し、該真空中で原料
物質の融点以下に冷却されたターゲツト表面に接触，吸
着させて前記原料物質を固化させ、この固化された原料
物質をイオンビームでスパツタし、スパツタすることで
発生するスパツタ粒子を基板に照射して前記原料物質の
少なくとも一部を構成要素とする薄膜を基板上に形成す
ることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項６】薄膜原料物質となる常温，常圧下で気体、
あるいは液体状物質を、薄膜を形成するための真空容器
とは別の場所で予め該物質の融点以下に冷却して固化さ
せ、該固化物質を真空中に導入し、この真空中に導入さ
れた固化物質をイオンビームでスパツタし、このスパツ
タすることで発生するスパツタ粒子を基板に照射して前
記原料物質の少なくとも一部を構成要素とする薄膜を基
板上に形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項７】薄膜原料物質となる常温，常圧下で気体、
あるいは液体物質を少なくとも２種類真空中に導入し、
該真空中に導入された原料物質のいずれの融点よりも低
い温度に保たれた冷却ターゲツトの表面に前記原料物質
を接触させて少なくとも２種類の原料物質の混合した固
化層を形成し、該固定層にイオンビームや電子ビーム、
あるいはプラズマなどの粒子線を照射してスパツタし、
このスパツタ粒子を基板に照射して薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法。
【請求項８】フアンデアワールス力、あるいは水素結合
力で結合した原子、あるいは分子からなる原子物質にイ
オンビームや電子ビーム、あるいはプラズマなどの粒子
線を照射して、前記原料物質からスパツタ作用により発
生するスパツタ粒子発生部分を少なくとも２個所有し、
これら少なくとも２個所にスパツタ粒子を発生させるス
パツタリングを行う時間を同時、あるいは間欠的に制御
して、基板上に多元の物質からなる薄膜、あるいは多層
の薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項９】薄膜原料物質となるガス、あるいは液体状
物質を融点以下の温度に保持されたターゲツトに接触さ
せ、該ターゲツト上に原料物質のフアンデアワールス力
結合層を形成し、該フアンデアワールス力結合層からな
る原料物質をイオンビームでスパツタし、このスパツタ
することで発生するスパツタ粒子発生部分を少なくとも
２個所有し、これら少なくとも２個所にスパツタ粒子を
発生させるスパツタリングを行う時間を同時、あるいは
間欠的に制御して、基板上に多元の物質からなる薄膜、
あるいは多層の薄膜を形成することを特徴とする薄膜形
成方法。
【請求項１０】薄膜原料物質となる常温，常圧下で気
体、あるいは液体状物質を真空中に導入し、該真空中で
原料物質の融点以下に冷却されたターゲツト表面に接触
・吸着させて前記原料物質を固化させ、この固化された
原料物質をイオンビームでスパツタし、スパツタするこ
とで発生するスパツタ粒子発生部分を少なくとも２個所
有し、これら少なくとも２個所にスパツタ粒子を発生さ
せるスパツタリングを行う時間を同時、あるいは間欠的
に制御して、基板上に多元の物質からなる薄膜、あるい
は多層の薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方
法。
【請求項１１】前記ターゲツト表面における真空中に導
入する導入孔より距離が離れている部分の温度を、距離
が近い部分の温度よりも、より低くするような温度制御
を行い、該ターゲツト表面に均一な厚さで原料物質のフ
アンデアワールス力結合層、あるいは固化層を形成する
ことを特徴とする請求項2,4、又は５記載の薄膜形成方
法。
【請求項１２】前記基板を加熱、あるいは該基板表面に
他のイオンビーム，電子ビーム，ラジカル，光などの励
起ビームを照射し、これにより前記基板表面での薄膜形
成過程を増速することを特徴とする請求項1,2,4,5,6、
又は７記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】原料物質のフアンデアワールス力結合
層、あるいは固化層にレーザ光を照射し、このレーザ光
が照射された部分の前記結合層、あるいは固化層を部分
的に蒸発させて外形形状を整形制御することを特徴とす
る請求項1,2,4,5,6,7,8,9、又は10記載の薄膜形成方
法。
【請求項１４】フアンデアワールス力で結合した原子、
あるいは分子からなる物質にイオンビームや電子ビー
ム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射して、前記物
質からスパツタ作用により発生したスパツタ粒子を金
属，誘電体，有機物，半導体などの基板材料に照射して
該基板の加工を行うことを特徴とする加工方法。
【請求項１５】ガス、あるいは液体状物質を融点以下の
温度に保持されたターゲツトに接触させ、該ターゲツト
上にガス、あるいは液体状物質のフアンデアワールス力
結合層を形成し、該フアンデアワールス力結合層からな
る物質にイオンビームや電子ビーム、あるいはプラズマ
などの粒子線を照射して、前記フアンデアワールス力結
合層からスパツタ作用により発生したスパツタ粒子を金
属，誘電体，有機物，半導体などの基板材料に照射して
該基板の加工を行うことを特徴とする加工方法。
【請求項１６】常温，常圧下で気体、あるいは液体状物
質を真空中に導入し、該真空中で前記物質の融点以下に
冷却されたターゲツト表面に接触，吸着させて前記物質
を固化させ、この固化された物質をイオンビームや電子
ビーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射して、前
記固化層からスパツタ作用により発生したスパツタ粒子
を金属，誘電体，有機物，半導体などの基板材料に照射
して該基板の加工を行うことを特徴とする加工方法。
【請求項１７】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となるガス、あるいは液体状物質を導入する原料物質
導入手段と、該原料物質導入手段により導入されたガ
ス、あるいは液体状物質の融点以下に温度が保持され、
表面上に前記導入物質のフアンデアワールス力結合層を
形成するターゲツトと、該ターゲツトのフアンデアワー
ルス力結合層にイオンビームや電子ビーム、あるいはプ
ラズマなどの粒子線を照射してスパツタする粒子線源
と、該粒子線源からの粒子線が照射されてスパツタされ
ることで発生するスパツタ粒子が照射され、表面上に前
記原料物質の少なくとも一部を構成要素とする薄膜が形
成される基板とを備えていることを特徴とする薄膜形成
装置。
【請求項１８】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となる常温，常圧下でガス、あるいは液体状の物質を
導入する原料物質導入手段と、常温以下に冷却され、前
記原料物質導入手段により導入されたガス、あるいは液
体状物質を表面に吸着、あるいは吸蔵するターゲツト
と、該ターゲツト部分に荷電粒子を照射してスパツタす
る荷電粒子源と、該荷電粒子源からの荷電粒子が照射さ
れてスパツタされることで発生する蒸着粒子が照射さ
れ、表面上に薄膜が形成される基板とを備えていること
を特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１９】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となるガス、あるいは液体状物質を導入する原料物質
導入手段と、該原料物質導入手段により導入されたガ
ス、あるいは液体状物質の融点以下に温度が保持され、
表面上に前記導入物質を接触させてフアンデアワールス
力結合層を形成するターゲツトと、該ターゲツトのフア
ンデアワールス力結合層にイオンビームを照射してスパ
ツタするイオン源と、該イオン源からのイオンビームが
照射されてスパツタされることで発生するスパツタ粒子
が照射され、表面上に前記原料物質の少なくとも一部を
構成要素とする薄膜が形成される基板とを備えているこ
とを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２０】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となる常温，常圧下で気体、あるいは液体状物質を導
入する原料物質導入手段と、該原料物質導入手段により
導入された原料物質の融点以下に冷却され、表面上に前
記導入物質を接触・吸着させて該導入物質の固化層を形
成するターゲツトと、該ターゲツトの固化層にイオンビ
ームを照射してスパツタするイオン源と、該イオン源か
らのイオンビームが照射されてスパツタされることで発
生するスパツタ粒子が照射され、表面上に前記原料物質
の少なくとも一部を構成要素とする薄膜が形成される基
板とを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２１】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となる常温，常圧下で気体、あるいは液体状物質を少
なくとも２種類導入する少なくとも２個の原料物質導入
手段と、該原料物質導入手段により導入されたガス、あ
るいは液体状物質の融点以下に温度が保持され、表面上
に前記導入物質を接触させて少なくとも２種類の原料物
質の混合した固化層を形成するターゲツトと、該ターゲ
ツトの少なくとも２種類の原料物質が混合した固化層に
イオンビームや電子ビーム、あるいはプラズマなどの粒
子線を照射してスパツタする粒子線源と、該粒子線源か
らの粒子線が照射されてスパツタされることで発生する
スパツタ粒子が照射されて薄膜が形成される基板とを備
えていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２２】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質を導入する少なくとも２個の原料物質導入手段と、該
少なくとも２個の原料物質導入手段のそれぞれより導入
された原料物質の融点以下に温度が保持され、各々の表
面上に前記導入物質のフアンデアワールス力結合層を形
成される少なくとも２個のターゲツトと、該少なくとも
２個のターゲツトの各々のフアンデアワールス力結合層
に、イオンビームや電子ビーム、あるいはプラズマなど
の粒子線を同時に、又は間欠的に照射してスパツタする
少なくとも２個の粒子線源と、該少なくとも２個の粒子
線源からの粒子線が同時に、又は間欠的に照射されてス
パツタされることで発生する少なくとも２個所からのス
パツタ粒子が照射され、多元の物質からなる薄膜、ある
いは多層の薄膜が形成される基板とを備えていることを
特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２３】前記基板表面での薄膜形成過程を増速す
るために該基板を加熱する加熱装置を備えていることを
特徴とする請求項17,18,19,20,21、又は22記載の薄膜形
成装置。
【請求項２４】前記基板表面での薄膜形成過程を増速す
るために、該基板表面にイオンビーム，電子ビーム，ラ
ジカル，光などの励起ビームを照射する励起ビーム照射
手段を備えていることを特徴とする請求項17,18,19,20,
21、又は22記載の薄膜形成装置。
【請求項２５】前記ターゲツトのフアンデアワールス力
結合層、あるいは固化層にレーザ光を照射し、このレー
ザ光が照射された部分の前記結合層、あるいは固化層を
部分的に蒸発させて外形形状を整形制御するレーザ光照
射手段を備えていることを特徴とする請求項17,18,19,2
0,21、又は22記載の薄膜形成装置。
【請求項２６】前記ターゲツトのフアンデアワールス力
結合層、あるいは固化層を作成する冷却体の温度よりも
更に低く、かつ、前記結合層、あるいは固化層から不必
要に蒸発したガスを吸着・トラツプする冷却パネル板を
前記真空容器内に設けたことを特徴とする請求項17,18,
19,20,21、又は22記載の薄膜形成装置。
【請求項２７】前記ターゲツトのフアンデアワールス力
結合層、あるいは固化層を一様に作成し、かつ、スパツ
タするために、前記結合層、あるいは固化層を作成する
冷却器ヘツドを回転、あるいは直線往復運動させる手段
を備えていることを特徴とする請求項17,18,19,20,21、
又は22記載の薄膜形成装置。
【請求項２８】常温，常圧下で液体、あるいは気体状の
薄膜原料物質の融点以下の温度に保持されたターゲツト
上に、前記原料物質を吸着、あるいは吸蔵させることに
より該原料物質がフアンデアワールス力で結合した状態
を作り出し、該フアンデアワールス力結合状態物質にプ
ラズマ中のイオンを照射してスパツタし、このスパツタ
することで発生するスパツタ粒子を表面状態が制御され
た基板上に照射し、該基板に前記原料物質の少なくとも
一部を構成要素とする薄膜を形成することを特徴とする
薄膜形成方法。
【請求項２９】所望の薄膜を構成する元素を構成要素と
して含む薄膜原料物質をフアンデアワールス力で結合し
た状態とし、該フアンデアワールス力で結合した薄膜原
料物質にイオンビームや電子ビーム、あるいはプラズマ
などの粒子線を照射してスパツタし、このスパツタする
ことで発生するスパツタ粒子を表面状態が制御された基
板上に照射し、該基板に前記原料物質の少なくとも一部
を構成要素とする所望の薄膜を形成することを特徴とす
る薄膜形成方法。
【請求項３０】前記基板に照射されるスパツタ粒子のう
ち、所望の薄膜を構成するのに不必要な元素と反応し
て、その不必要な元素を除去する粒子を薄膜形成中に前
記基板に照射することを特徴とする請求項29記載の薄膜
形成方法。
【請求項３１】フアンデアワールス力で結合した原子、
あるいは分子からなる原料物質にイオンビームや電子ビ
ーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射して、前記
原料物質からスパツタ作用によりスパツタ粒子を発生さ
せ、これと同時に前記原料物質を連続的に外部から供給
し、前記フアンデアワールス力で結合した原子、あるい
は分子からなる原料物質の量を常に一定に保ちつつ、前
記スパツタ粒子を基板に照射し、該基板に前記原料物質
の少なくとも一部を構成要素とする薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法。
【請求項３２】前記真空容器内に、前記基板に所望の物
質を蒸着させるための分子線蒸着装置，真空蒸着装置、
又はクラスタイオンビーム蒸着装置を備えていることを
特徴とする請求項17,18,19,20,21、又は22記載の薄膜形
成装置。
【請求項３３】真空容器と、該真空容器内にガス、ある
いは液体状物質を導入する導入手段と、該導入手段によ
り導入されたガス、あるいは液体状物質の融点以下の温
度が保持され、表面上に前記導入物質のフアンデアワー
ルス力結合層が形成されるターゲツトと、該ターゲツト
のフアンデアワールス力結合層にイオンビームや電子ビ
ーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射してスパツ
タする粒子線源と、該粒子線源からの粒子線が照射され
てスパツタされることで発生するスパツタ粒子が照射さ
れて加工される金属，誘電体，有機物，半導体などの基
板材料とを備えていることを特徴とする加工装置。
【請求項３４】真空容器と、該真空容器内に常温，常圧
下で気体、あるいは液体状物質を導入する導入手段と、
該導入手段により導入された気体、あるいは液体状物質
の融点以下に温度が保持され、表面上に前記導入物質を
接触・吸着させて該導入物質の固化層が形成されるター
ゲツトと、該ターゲツト固化層にイオンビームや電子ビ
ーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射してスパツ
タする粒子線源と、該粒子線源からの粒子線が照射され
てスパツタされることで発生するスパツタ粒子が照射さ
れて加工される金属，誘電体，有機物，半導体などの基
板材料とを備えていることを特徴とする加工装置。