(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ原子を含む化合物または混合物であって、Ｓｉ原子に加えてＣ、Ｈを含む材料を表面改質材料として導入する改質材料導入路と、
キャリアガスを導入するキャリアガス導入路と、
前記改質材料導入路からの前記表面改質材料、及び前記キャリアガス導入路からの前記キャリアガスを内部に導入し、加熱して、それらが混合された表面改質ガスを生成して外部へと供給するホットウォール管と、
成膜物質となる金属材料を少なくとも含み、前記ホットウォール管の内部に配置されるとともに、前記ホットウォール管によって加熱されることで前記金属材料を含む成膜材料ガスを供給する成膜材料体と、
前記ホットウォール管の外部に配置され、成膜面上に薄膜を形成するための成膜対象物を保持する対象保持手段とを備え、
前記ホットウォール管から前記成膜対象物の前記成膜面へと前記表面改質ガス及び前記成膜材料ガスを供給することによって、前記成膜材料ガスに起因する前記金属材料を少なくとも含む薄膜を前記成膜面上に形成することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記対象保持手段によって保持された前記成膜対象物を加熱する対象加熱手段を備えることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記表面改質材料は、テトラメチルシランであることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記成膜材料体は、前記金属材料と、有機材料とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の成膜装置。
【請求項５】
前記成膜材料体の前記金属材料は、Ｌｉ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉのうちの少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の成膜装置。
【請求項６】
前記キャリアガスは、空気、酸素、窒素、炭酸ガス、アンモニアガス、または不活性ガスのうちの少なくとも１つのガスを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の成膜装置。
【請求項７】
改質材料導入路からのＳｉ原子を含む化合物または混合物であって、Ｓｉ原子に加えてＣ、Ｈを含む材料からなる表面改質材料、及びキャリアガス導入路からのキャリアガスをホットウォール管の内部に導入し、加熱して、それらが混合された表面改質ガスを生成して前記ホットウォール管の外部へと供給する表面改質ガス供給ステップと、
成膜物質となる金属材料を少なくとも含み、前記ホットウォール管の内部に配置される成膜材料体を前記ホットウォール管によって加熱して、前記金属材料を含む成膜材料ガスを供給する成膜材料ガス供給ステップと、
前記ホットウォール管の外部に配置された対象保持手段によって保持された成膜対象物の成膜面へと、前記ホットウォール管から前記表面改質ガス及び前記成膜材料ガスを供給することによって、前記成膜材料ガスに起因する前記金属材料を少なくとも含む薄膜を前記成膜面上に形成する成膜ステップと
を備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項８】
前記対象保持手段によって保持された前記成膜対象物を加熱する対象加熱ステップを備えることを特徴とする請求項７記載の成膜方法。
【請求項９】
前記表面改質材料は、テトラメチルシランであることを特徴とする請求項７または８記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記成膜材料体は、前記金属材料と、有機材料とを含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記成膜材料体の前記金属材料は、Ｌｉ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉのうちの少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記キャリアガスは、空気、酸素、窒素、炭酸ガス、アンモニアガス、または不活性ガスのうちの少なくとも１つのガスを含むことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板などの成膜対象物の成膜面上に所望の成膜物質を含む薄膜を形成する成膜装置、及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜作製法として、例えば、真空中で成膜対象の物質を蒸発させたガスあるいは有機ガスなどを、通常は加熱されている成膜用基板へと供給し、基板温度の調整により、飛来したガス成分による高品質な薄膜を作製する方法がある。また、外部ヒータによって加熱したホットウォール（ＨＷ）管の内部に材料ガスを通し、熱及び光の作用でガス分子の分解、結合を発生させ、最終的にこれらを基板上に照射して、均質で高品質の薄膜（例えば超格子薄膜）を作製する方法がある（例えば、特許文献１、２）。このような方法での成膜速度は、例えば１〜１０μｍ／ｈｏｕｒである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３４６２０号公報
【特許文献２】特開平６−９２７８６号公報
【特許文献３】特開２００５−１８７８０３号公報
【特許文献４】特開２００４−９５７３３号公報
【特許文献５】特開２００３−１５５５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した成膜方法では、通常、ガスや基板での酸化による汚染等を避けるために、排気量が大きい真空排気ポンプを必要とする。一方、基板などの成膜対象物上への薄膜の作製では、具体的な成膜条件や成膜対象等により、成膜部の雰囲気を真空にする必要がない場合も考えられる。しかしながら、そのような場合でも、対象物の成膜面上への薄膜の形成において、例えば、ある程度の酸化防止条件、あるいは対象物の表面改質条件などの成膜条件が要求される。
【０００５】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、成膜用基板などの成膜対象物上への薄膜の形成を好適に行うことが可能な成膜装置、及び成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明による成膜装置は、（１）Ｓｉ原子を含む化合物または混合物であって、Ｓｉ原子に加えてＣ、Ｈを含む材料を表面改質材料として導入する改質材料導入路と、（２）キャリアガスを導入するキャリアガス導入路と、（３）改質材料導入路からの表面改質材料、及びキャリアガス導入路からのキャリアガスを内部に導入し、加熱して、それらが混合された表面改質ガスを生成して外部へと供給するホットウォール管と、（４）成膜物質となる金属材料を少なくとも含み、ホットウォール管の内部に配置されるとともに、ホットウォール管によって加熱されることで金属材料を含む成膜材料ガスを供給する成膜材料体と、（５）ホットウォール管の外部に配置され、成膜面上に薄膜を形成するための成膜対象物を保持する対象保持手段とを備え、（６）ホットウォール管から成膜対象物の成膜面へと表面改質ガス及び成膜材料ガスを供給することによって、成膜材料ガスに起因する金属材料を少なくとも含む薄膜を成膜面上に形成することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による成膜方法は、（ａ）改質材料導入路からのＳｉ原子を含む化合物または混合物であって、Ｓｉ原子に加えてＣ、Ｈを含む材料からなる表面改質材料、及びキャリアガス導入路からのキャリアガスをホットウォール管の内部に導入し、加熱して、それらが混合された表面改質ガスを生成してホットウォール管の外部へと供給する表面改質ガス供給ステップと、（ｂ）成膜物質となる金属材料を少なくとも含み、ホットウォール管の内部に配置される成膜材料体をホットウォール管によって加熱して、金属材料を含む成膜材料ガスを供給する成膜材料ガス供給ステップと、（ｃ）ホットウォール管の外部に配置された対象保持手段によって保持された成膜対象物の成膜面へと、ホットウォール管から表面改質ガス及び成膜材料ガスを供給することによって、成膜材料ガスに起因する金属材料を少なくとも含む薄膜を成膜面上に形成する成膜ステップとを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記した成膜装置、及び成膜方法においては、Ｓｉ原子を含む化合物または混合物からなる表面改質材料及びキャリアガスを、所定温度に設定されて材料等の加熱に用いられる筒状のホットウォール管の内部に導入する。ホットウォール管の内部では、表面改質材料及びキャリアガスが加熱、混合され、表面改質ガスとして外部へと放出、供給される。また、ホットウォール管の内部には、金属材料を含む成膜材料体が配置されており、加熱された材料体から、金属材料を含む成膜材料ガスが放出、供給される。
【０００９】
一方、ホットウォール管の外部には対象保持手段が設置され、所定の材料からなる成膜対象物が対象保持手段によって保持される。この成膜対象物の成膜面へと、ホットウォール管によって加熱、放出された表面改質ガス、成膜材料ガスが供給される。このとき、表面改質ガスに含まれるＳｉ原子により、成膜対象物の成膜面が成膜に適した状態に改質される。また、表面改質材料を適切に選択することにより、改質材料に含まれるＳｉ以外の元素によって雰囲気中の酸素が消費され、成膜過程での酸化が防止される。
【００１０】
このような状態で、ホットウォール管から表面改質ガスとともに成膜材料ガスが対象物に供給されると、表面改質材料によって表面改質条件、酸化防止条件等の成膜条件が好適な条件とされた成膜対象物の成膜面上において、材料体からの成膜材料ガスに起因する金属材料を含む所望の材料からなる薄膜が形成される。このような構成では、例えば、成膜部の雰囲気を真空にしないような条件を含めて、様々な条件下において、好適な成膜条件で所望の材料の薄膜を形成することが可能である。
【００１１】
ここで、成膜面上に薄膜が形成される成膜対象物としては、具体的には例えば、成膜用基板を用いることができる。この場合、対象保持手段としては、ホットウォール管の外部に配置され、成膜面上に薄膜を形成するための成膜用基板を保持する基板保持手段が用いられる。
【００１２】
上記構成において、成膜装置は、対象保持手段によって保持された成膜対象物を加熱する対象加熱手段（例えば基板加熱手段）を備えることが好ましい。また、成膜方法は、対象保持手段によって保持された成膜対象物を加熱する対象加熱ステップ（例えば基板加熱ステップ）を備えることが好ましい。このように、ホットウォール管によって表面改質材料及び成膜材料を加熱すると同時に、薄膜が形成される成膜対象物についても加熱による温度調整を行うことにより、必要に応じて、薄膜を形成するための成膜条件をさらに好適に調整、設定することが可能となる。
【００１３】
キャリアガスとともに成膜対象物へと供給される表面改質材料については、雰囲気中の酸素を充分に消費して、上記した酸化防止条件を好適に実現するため、Ｓｉ原子に加えてＣ、Ｈを含む材料、例えば、有機Ｓｉ化合物、またはＳｉ材料と有機材料との混合物を用いることが好ましい。特に、この表面改質材料としては、Ｃ、Ｈを多く含むテトラメチルシラン（ＴＭＳ、Ｓｉ（ＣＨ３）４）を用いることが好ましい。
【００１４】
成膜材料体は、金属材料と、有機材料とを含む構成としても良い。このように、金属材料に加えて有機材料を含む材料を成膜材料体とし、それを加熱することで成膜材料ガスを供給することにより、成膜対象物に供給される金属材料の単原子化を促進することができる。また、必要があれば、成膜材料、及び成膜条件の選択により、有機材料に含まれる元素を、金属材料に加えて薄膜の形成に用いることも可能である。
【００１５】
また、成膜材料体の金属材料は、Ｌｉ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉのうちの少なくとも１つの元素を含むことが好ましい。また、表面改質材料とともに表面改質ガスを構成するキャリアガスについては、空気、酸素、窒素、炭酸ガス、アンモニアガス、または不活性ガスのうちの少なくとも１つのガスを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の成膜装置、及び成膜方法によれば、Ｓｉ原子を含む化合物または混合物からなる表面改質材料、及びキャリアガスをホットウォール管の内部に導入し、加熱して、それらが混合された表面改質ガスを生成してホットウォール管の外部へと供給し、かつ、成膜物質となる金属材料を少なくとも含み、ホットウォール管の内部に配置される成膜材料体をホットウォール管によって加熱して、金属材料を含む成膜材料ガスを供給し、成膜対象物の成膜面へと、ホットウォール管から表面改質ガス及び成膜材料ガスを供給することによって、成膜材料ガスに起因する金属材料を少なくとも含む薄膜を成膜面上に形成することにより、基板などの対象物上への薄膜の形成を好適に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】成膜装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図２】成膜装置の具体的な構成の一例を示す側面断面図である。
【図３】成膜装置を用いた薄膜の形成結果の一例を示す図である。
【図４】成膜装置の具体的な構成の他の例を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面とともに本発明による成膜装置、及び成膜方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１９】
図１は、本発明による成膜装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。本実施形態による成膜装置１Ａは、外囲容器１０と、ホットウォール管１２と、基板保持ステージ（対象保持ステージ）１５と、改質材料導入管２０と、キャリアガス導入管２５と、成膜材料体３０とを備えて構成されている。なお、本実施形態においては、成膜面上に薄膜を形成する成膜対象物として、成膜用基板を用いた場合を例として説明する。
【００２０】
ホットウォール管１２、基板保持ステージ１５、導入管２０、２５、及び成膜材料体３０は、それぞれ外囲容器１０の内部に設置されている。外囲容器１０の内部は、具体的な成膜対象、成膜条件等に応じて、その雰囲気、気圧等が適切に設定される。また、この外囲容器１０の所定位置には、内部の気体を排出して雰囲気、気圧等を調整するための排気口１１が設けられている。
【００２１】
改質材料導入管２０は、接続口２０ａから導入チューブ２１を介して、Ｓｉ原子を含む化合物または混合物からなる表面改質材料を供給する改質材料供給部２２に接続されている。これにより、導入管２０は、表面改質材料をホットウォール管１２の内部に導入する改質材料導入路として機能している。
【００２２】
キャリアガス導入管２５は、接続口２５ａから導入チューブ２６を介して、例えば空気などのキャリアガスを供給するキャリアガス供給部２７に接続されている。これにより、導入管２５は、キャリアガスをホットウォール管１２の内部に導入するキャリアガス導入路として機能している。
【００２３】
ホットウォール管１２は、所定温度に設定されて材料等の加熱に用いられる筒状の構造体であり、例えば石英ガラス、セラミックなどによって形成されている。また、ホットウォール管１２の外周側には、ホットウォール管１２を加熱する加熱手段であるヒータ１３が設置されている。このヒータ１３により、加熱管であるホットウォール管１２の温度が所望の加熱温度に設定される。
【００２４】
このホットウォール管１２に対し、改質材料導入管２０、及びキャリアガス導入管２５は、ホットウォール管１２の後方側の開口部から、その内部へと挿入されるように設置されている。これにより、改質材料導入管２０からの表面改質材料、及びキャリアガス導入管２５からのキャリアガスは、ホットウォール管１２の内部に導入される。そして、表面改質材料及びキャリアガスがホットウォール管１２によって加熱され、それらが混合された表面改質ガスが生成されて、この表面改質ガスが、ホットウォール管１２の前方側の開口部から外部へと放出、供給される。
【００２５】
また、ホットウォール管１２の内部には、改質材料導入管２０及びキャリアガス導入管２５と、ホットウォール管１２の前方側の開口部との間の所定位置に、固体状の成膜材料体３０が配置されている。成膜材料体３０は、成膜物質となる金属材料を少なくとも含む材料によって構成され、ホットウォール管１２によって加熱されることで金属材料を含む成膜材料ガスを供給する。この成膜材料ガスは、上記した表面改質ガスとともに、ホットウォール管１２の前方側の開口部から外部へと放出、供給される。
【００２６】
ホットウォール管１２の前方側の外部には、基板保持ステージ１５が設置されている。この基板保持ステージ１５は、本実施形態における成膜対象物である成膜用基板１６を保持する基板保持手段（対象保持手段）であり、保持ステージ１５によって保持された基板１６のホットウォール管１２側の面が、所定の材料からなる薄膜を形成するための成膜面１６ａとなる。
【００２７】
本実施形態では、保持ステージ１５上に保持される成膜用基板１６に対し、成膜用基板１６を加熱する基板加熱手段（対象加熱手段）として、ヒータ１７が設置されている。このヒータ１７は、成膜用基板１６の成膜面１６ａ上に薄膜を形成する際に、必要に応じて基板１６を加熱する場合に用いられる。また、基板１６の成膜面１６ａに対し、必要に応じて追加的な成膜材料を供給するための成膜材料導入路１８が設けられている。ただし、この導入路１８については、ホットウォール管１２から供給される表面改質ガス、成膜材料ガスのみで薄膜の形成が可能な場合など、不要であれば設けない構成としても良い。
【００２８】
本実施形態による成膜装置１Ａを用いて行われる成膜方法、及び成膜装置１Ａ、成膜方法の効果について説明する。
【００２９】
上記した成膜装置１Ａ、及び成膜装置１Ａを用いた成膜方法においては、Ｓｉ原子を含む化合物または混合物からなる表面改質材料、及びキャリアガスを、導入管２０、２５からホットウォール管１２の内部に導入する。ホットウォール管１２の内部では、表面改質材料及びキャリアガスが加熱、混合され、表面改質ガスとして外部へと放出、供給される（表面改質ガス供給ステップ）。また、ホットウォール管１２の内部には、金属材料を含む成膜材料体３０が配置されている。これにより、ホットウォール管１２によって加熱された成膜材料体３０から、金属材料を含む成膜材料ガスが放出、供給される（成膜材料ガス供給ステップ）。
【００３０】
一方、ホットウォール管１２の前方側の外部には対象保持手段である基板保持ステージ１５が設置され、所定の材料からなる成膜対象物である成膜用基板１６が保持ステージ１５によって保持される。この基板１６の成膜面１６ａへと、ホットウォール管１２によって加熱、放出された表面改質ガス、成膜材料ガスが供給される。このとき、表面改質ガスに含まれるＳｉ原子により、基板１６の成膜面１６ａが成膜に適した状態に改質される。また、表面改質材料を適切に選択することにより、後述するように、改質材料に含まれるＳｉ原子以外の元素によって外囲容器１０内の雰囲気中の酸素が消費され、成膜過程での酸化が防止される。
【００３１】
このような状態で、ホットウォール管１２から表面改質ガスとともに成膜材料ガスが基板１６に供給されると、表面改質材料によって表面改質条件、酸化防止条件等の成膜条件が好適な条件とされた基板１６の成膜面１６ａ上において、材料体３０からの成膜材料ガスに起因する金属材料を含む所望の材料からなる薄膜が形成される（成膜ステップ）。
【００３２】
このような構成では、例えば、成膜部の雰囲気、図１に示した構成では外囲容器１０の内部の雰囲気、または基板１６の成膜面１６ａの近傍の雰囲気を真空にしないような条件を含めて、様々な条件下において、好適な成膜条件で所望の材料の薄膜を形成することが可能である。ここで、薄膜の形成において、成膜部の雰囲気を真空にする必要がない場合としては、例えば、機械部品、装置、住宅室内等の窓、壁、診療室などの特殊室の装置等の減菌、汚染防止対策用の表面処理などが挙げられる。また、このような場合には、成膜の単結晶化などの高品質化は不要である。
【００３３】
上記構成において、ホットウォール管加熱用のヒータ１３としては、例えば、加熱温度を５００℃〜１２００℃の範囲で設定可能なヒータが用いられる。また、ホットウォール管１２の筒状の加熱壁は、例えば、１００℃〜１０００℃に加熱されて赤外線源となり、それによって表面改質材料に含まれる分子が分解、結合等を起こし、原子、異種分子等が発生する。基板１６上への成膜、改質においては、このような機構が利用される。
【００３４】
また、成膜用基板１６の周辺気圧は、具体的な成膜条件、成膜対象等に応じて設定すれば良いが、例えば１０−７気圧〜１０気圧の範囲で設定される。また、基板１６の周辺を含む成膜部は、例えば外囲容器１０、あるいは容器１０内に設けられた流路制限構造などによって基本的には大気とは隔離されて、所定の雰囲気によって満たされ、または低真空とされている。また、外囲容器１０には、必要に応じて、基板１６、材料体３０等の交換などの際に用いられ、成膜時には閉鎖される作業用の開口部が設けられる。
【００３５】
また、改質材料導入管２０、キャリアガス導入管２５、及びホットウォール管１２から基板１６への、表面改質材料を含む表面改質ガスの供給、吹き付けについては、連続的に吹き付ける構成であっても良く、あるいは、表面改質ガスを間欠的に基板に吹き付けることが可能な構成であっても良い。
【００３６】
ここで、図１に示した構成では、ホットウォール管１２及びヒータ１３に加えて、保持ステージ１５によって保持された成膜用基板１６を加熱するヒータ１７を設置している。このように、ホットウォール管１２によって表面改質材料及び成膜材料を加熱すると同時に、薄膜が形成される成膜用基板１６についても加熱による温度調整を行うことにより、必要に応じて、薄膜を形成するための成膜条件、例えば成膜面１６ａ上での成膜温度等をさらに好適に調整、設定することが可能となる。薄膜の形成において基板１６などの成膜対象物を加熱した場合、対象物の成膜面１６ａ上にある余分な原子をとばす、形成される薄膜を均一化する、などの効果がある。ただし、このような基板加熱用（対象物加熱用）のヒータ１７については、ホットウォール管１２による温度調整のみで充分な場合には設けない構成としても良い。
【００３７】
キャリアガスとともに成膜用基板１６へと供給される表面改質材料については、Ｓｉによる基板表面の改質効果に加えて、外囲容器１０内の雰囲気中、特に、ホットウォール管１２から基板１６の成膜面１６ａの近傍までにあって、薄膜の形成に影響を及ぼす雰囲気中の酸素を充分に消費して、上記した酸化防止条件を好適に実現する必要がある。
【００３８】
このため、表面改質材料としては、Ｓｉ原子に加えてＣ、Ｈを含む材料を用いることが好ましく、例えば、Ｓｉ原子を含む有機Ｓｉ化合物、またはＳｉ材料と有機材料との混合物を用いることが好ましい。特に、この表面改質材料としては、Ｃ、Ｈを多く含むテトラメチルシラン（ＴＭＳ、Ｓｉ（ＣＨ３）４）を用いることが好ましい。また、表面改質材料として化合物ではなく、混合物を用いる場合、例えば、ＳｉＯ２粉末、及び有機材料粉末の混合物を加熱してガス化したものを表面改質材料として用いることができる。また、この場合にＳｉ材料に混合する有機材料については、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などを用いることができる。
【００３９】
例えば、表面改質材料として有機ケイ素化合物であるＴＭＳを用いた場合、ホットウォール管１２での加熱、分解により、ＴＭＳは、Ｓｉ原子、４×Ｃ原子、１２×Ｈ原子となる。その後、ＴＭＳから分解されたＣ原子は、例えばＣＯ、ＣＯ２の生成等によって酸素を消費する。また、Ｈ原子は、例えばＨ２Ｏの生成等によって酸素を消費する。また、この表面改質材料に含まれるＳｉ原子などの材料については、成膜対象物の表面改質のみでなく、薄膜の形成における成膜材料の一部として用いられる構成としても良い。
【００４０】
ホットウォール管１２の内部に配置される成膜材料体３０については、少なくとも金属材料を含む材料体が用いられるが、例えば、金属材料に加えて、有機材料を含む材料体を用いても良い。このような成膜材料体３０を加熱することで、成膜材料ガスを基板１６に供給する構成では、材料体３０に含まれるメチルなどの有機材料の作用により、基板１６に供給される金属材料の単原子化を促進することができる。ここで、有機材料としては、例えばハイドロカーボン基（ＣＨｎ）、あるいはハイドロアミノ基（ＮＨｎ）所有有機物がある。この場合、成膜上、Ｍ（金属元素）−ＣＨｎ、あるいはＭ−ＮＨｎをホットウォール管内で作り、これを基板等に吹き付けて、Ｍ−原子状態を作って基板と容易に反応させ、また、余分の酸素をＣ、Ｎ、Ｈで化合させて除去する。
【００４１】
この成膜材料体３０としては、例えば、所定形状に形成されてホットウォール管１２の内部に設置される固体状の材料体を用いることができる。また、材料体容器をホットウォール管１２の内部に設置し、容器内に液体状または固体状の材料体３０を配置する構成としても良い。また、材料体３０を塗布などの方法で付加した成膜材料支持体をホットウォール管１２の内部に配置する構成、ホットウォール管１２の内壁に成膜材料体３０を付加する構成など、具体的には様々な構成を用いて良い。また、必要があれば、成膜材料、及び成膜条件の選択により、成膜材料体３０における有機材料に含まれる元素を、金属材料に加えて薄膜の形成に用いることも可能である。
【００４２】
また、成膜材料体３０の金属材料については、具体的には、Ｌｉ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉのうちの少なくとも１つの元素を含むことが好ましい。このような金属材料については、基板１６上に成膜しようとする薄膜の材料、種類に応じて、適切に選択すれば良い。また、表面改質材料とともに表面改質ガスを構成するキャリアガスについては、空気、酸素、窒素、炭酸ガス、アンモニアガス、または不活性ガスのうちの少なくとも１つのガスを含むことが好ましい。また、このキャリアガスに含まれるガス材料については、表面改質材料と同様に、成膜材料の一部として用いられる構成としても良い。
【００４３】
基板１６上に形成される薄膜の例としては、例えば、Ａｇなどの金属材料の単体の薄膜がある。また、例えば、上記構成の成膜装置１Ａによれば、強磁場材料であるＦｅＮ（窒化鉄）の薄膜を形成することが可能である。このようなＦｅＮ薄膜は、例えば成膜材料体３０の金属材料をＦｅとし、材料体３０の有機材料としてＮを含むアミノ酸を用いるか、あるいはキャリアガスとしてＮを含むアンモニアガスを用いることで形成することができる。また、成膜装置１Ａは、Ｌｉイオン電池の電極薄膜の作製に適用することも可能である。このような電極薄膜としては、例えば正極材料のＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２ＦｅＰＯ４Ｆ、負極材料の黒鉛（ＬｉＣ６）、ハードカーボン（ＬｉＣ６）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などがある。
【００４４】
また、薄膜の形成に用いられる成膜用基板１６としては、具体的な成膜対象の薄膜及びその用途等に応じて、適切な材質の基板を選択すれば良い。そのような基板１６の例としては、例えば、銅（Ｃｕ）基板、アルミ（Ａｌ）基板、ガラス基板、石英基板、ＣＦＲＰ基板などを用いることができる。
【００４５】
図１に示した成膜装置１Ａの具体的な構成例、及びそれを用いた薄膜の形成例について説明する。
【００４６】
図２は、成膜装置の具体的な構成の一例を示す側面断面図である。本構成例による成膜装置１Ｂは、基本的に図１に示した成膜装置１Ａと同様の構成を有している。ホットウォール管１２は、長さが２０〜３０ｃｍ、厚さが１ｍｍ、内径がφ１６ｍｍの円筒状の石英ガラス管によって構成されている。また、ホットウォール管１２として、セラミック管を用いることも可能である。
【００４７】
改質材料導入管２０、及びキャリアガス導入管２５は、それぞれ、例えば接続口を含む外側部分がステンレス、ホットウォール管１２の内部に位置する内側部分が石英ガラスによって形成されている。また、外囲容器１０は、ステンレス製の容器によって構成されている。また、ホットウォール管１２の前方側の開口部から保持ステージ１５上の基板１６までの距離は、例えば５〜１０ｃｍに設定される。
【００４８】
ホットウォール管１２の内部に設置される成膜材料体３０としては、例えばφ１４ｍｍの円筒形状に形成された材料体を用いることができる。このように、筒状の材料体を成膜材料体３０とした場合、導入管２０、２５からの表面改質ガスは、この成膜材料体３０の内側を通過して、加熱された材料体３０で生成される成膜材料ガスとともに、成膜用基板１６へと供給される。また、このような材料体としては、例えば、成膜材料自体を所定形状に成型したもの、あるいは、所定形状に形成した支持部材に成膜材料のペーストを塗布したものなど、具体的には様々なものを用いることが可能である。
【００４９】
図３は、上記した構成の成膜装置１Ｂを用いて行った薄膜の形成結果の一例を示す図である。ここでは、表面改質材料としてテトラメチルシラン（ＴＭＳ）を、キャリアガスとして窒素（Ｎ２）を、成膜材料体３０として銀（Ａｇ）ペーストを用い、成膜用基板１６を銅（Ｃｕ）基板とし、基板１６の成膜面上にＡｇ薄膜を形成した。この薄膜の形成は、ホットウォール管１２の加熱温度を５４０℃とし、基板１６の加熱は行わない条件で行った。図３の写真に示すように、上記した成膜方法により、基板１６上にＡｇ薄膜が良好に堆積、形成されていることがわかる。
【００５０】
本発明による成膜装置、及び成膜方法は、上記実施形態、及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、ホットウォール管１２による材料の加熱温度を設定するためのヒータ１３については、図４に、図２に示した成膜装置の変形例を示すように、ホットウォール管１２の長手方向に沿って複数の加熱部分に分割する構成としても良い。これにより、表面改質材料、及び成膜材料に対する加熱条件をより詳細に設定、制御することができる。
【００５１】
図４に例示する成膜装置１Ｃでは、ホットウォール管１２を加熱するヒータを、後方側に設置されて主に表面改質材料及びキャリアガスを加熱するヒータ１３ａと、前方側に設置されて主に成膜材料体３０を加熱するヒータ１３ｂとに分割して構成している。また、ホットウォール管１２を加熱するヒータについては、３以上の加熱部分に分割する構成としても良い。また、ホットウォール管１２に対する加熱手段、基板１６に対する加熱手段については、ヒータ以外の加熱手段を用いても良い。例えば、成膜用基板１６に対する加熱手段として、可視光レーザ、または赤外光レーザからのレーザ光の照射等を用いて基板１６を加熱する構成としても良い。
【００５２】
また、外囲容器（反応チャンバ）１０、ホットウォール管１２、導入管２０、２５、及び基板保持ステージ１５などの装置各部についても、図２、図４はその構成例を示すものであり、具体的には様々な構成を用いて良い。また、ホットウォール管１２の内部に配置される成膜材料体３０については、上記した筒状の材料体に限らず、具体的には例えば、膜状、板状、線状、粒状などの様々な形状、形態の材料体を用いて良い。
【００５３】
また、上記実施形態では、成膜面上に薄膜を形成する成膜対象物として、成膜用基板を用いた場合を例として説明したが、成膜対象物については、具体的には基板以外にも様々なものを適用することが可能である。そのような対象物の例としては、金型がある。ここで、鋳造型のうち、ダイカスト型では、溶融させた金属（溶湯）を直接、金型に注ぎ込んで鋳造を行う。ダイカスト型は、金型鋳造型という性質上、溶融金属と接する面の温度変化が激しく、これは、ヒートチェックと呼ばれる金型損傷の原因となる。
【００５４】
高温金型を、例えば１０−１１気圧程度（１０−８ｔｏｒｒ程度）まで真空引きし、ヒートチェック内のガスを外部に追い出す。その後、室温に降温し、図１に示したような成膜装置により、表面近傍にできたヒートチェックに表面から、表面改質材料としてＳｉを含むシロキサンを用い、キャリアガスとしてイソプロパノール、エタノール等を用い、成膜材料としてＺｒ化合物を用いて成膜処理を行う。さらに、１〜２気圧Ａｒガス中で、１００〜２００℃に加熱した後、溶融Ａｌで表面をカバーして、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｆｅの化合を行う。これにより、ヒートチェック構造は消滅する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、成膜対象物上への薄膜の形成を好適に行うことが可能な成膜装置、及び成膜方法として利用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…成膜装置、１０…外囲容器、１１…排気口、１２…ホットウォール管、１３、１３ａ、１３ｂ…ヒータ、１５…基板保持ステージ、１６…成膜用基板、１７…ヒータ、１８…成膜材料導入路、２０…改質材料導入管（改質材料導入路）、２１…改質材料導入チューブ、２２…改質材料供給部、２５…キャリアガス導入管（キャリアガス導入路）、２６…キャリアガス導入チューブ、２７…キャリアガス供給部、３０…成膜材料体。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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